S30432 不锈钢喷丸强化工艺研究

0 前 言

S30432 耐热不锈钢具备优良的高温强度、高温塑性和抗高温氧化性能， 已成为国内外超超临界机组锅炉管的首选材料之一

。 内喷丸处理是S30432 不锈钢锅炉管制备的重要工序之一， 目的是形成塑性变形层， 细化晶粒， 扩大Cr 原子的扩散途径， 从而形成耐高温、 耐氧化的致密Cr

O

氧化膜

。 目前的研究表明， 不同喷丸工艺参数会对合金的组织造成不同的影响， 主要在于基体内晶界密度和位错含量。 这些又对Cr 原子的扩散途径造成不同的影响， 因此， 喷丸工艺参数间接的对合金的性能带来不同的影响

。 但是， 关于内喷丸处理工艺参数对S30432 不锈钢内表层组织结构的影响缺少系统的探究。 喷丸形成的塑性变形层深度较浅或不均匀， 会大大限制锅炉管的使用， 在已有的研究中， 多次喷丸可以有效解决变形层深度较浅和不均匀现象

。 因此， 本研究将选用二次喷丸处理， 即第一次喷丸结束后， 第二次再利用喷枪回程进行第二遍喷丸处理。 通过探究内喷丸工艺参数 （喷丸移动速度、 喷丸压力、 喷丸距离） 对S30432 不锈钢内表面塑性变形层深度的影响， 以获得最优喷丸工艺参数， 并研究其对S30432 不锈钢内表面硬度性能的影响。

本文不揣冒昧，讨论了叙事语体和描写语体的句型选择差异，认为句型选择也是语体特征的表现形式。本文的主要目的是通过讨论句型选择与语体特征的适应关系，呼吁在语法研究和语法教学中，必须考虑语体对语言形式的制约。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验材料为S30432 不锈钢管， 规格为Φ44.5 mm×7.6 mm， 主要化学成分见表1。

1.2 试验方法

喷丸机型号为QBK350， 不锈钢丸直径为0.6 mm， 喷丸距离为5～13 mm， 喷丸压力可选择1.20～1.28 MPa。 喷丸整个过程包含前进喷丸和后退喷丸， 前进喷丸移动速度设定为1 000 mm/min，后退喷丸移动速度为400～1 200 mm/min， 喷丸设备布置如图1 所示。

喷丸后将试样沿横向切开， 磨抛后用侵蚀液侵蚀60 s， 再用10%草酸液擦拭、 吹干后， 采用蔡司光学显微镜观察组织形貌， 侵蚀液配比为H

O ∶HNO

=4∶1 （体 积 比）； CuSO

∶NaCl=1∶2（质量比）。 用自动转塔数显维氏硬度计（432SVD） 测量不同深度塑性变形层显微硬度值。

2 结果分析

2.1 喷丸移动速度对组织的影响

青辰身在空中，下落的同时，已将地上的这一切洞察。他拉开固定在三角架上的弓箭，伴着“嗖”的一声锐鸣，黑羽箭破空而出，直射土狼。

图3 所示为后退喷丸移动速度800 mm/min、喷丸距离为9 mm 时不同喷丸压力下的S30432不锈钢试样的塑性变形层形貌及深度。

2.2 喷丸压力对组织的影响

由图2 （f） 可以看出， 当喷丸移动速度为400 mm/min 时， 喷丸层深度约为132 μm； 喷丸移动速度增大到600 mm/min 时， 喷丸层深度约为91.38 μm， 相对于400 mm/min 的喷丸层深度有了明显的减小； 喷丸移动速度增大到800 mm/min时， 喷丸层深度约为71.43 μm。 喷丸移动速度增大， 丸粒与内表面接触时间减小， 有效接触面减小， 变形孪晶和细化晶粒就少， 组织的塑性变形层就浅。 随着喷丸移动速度的持续增加， 喷丸层深度在逐渐减小， 喷丸速度为1 000 mm/min 时喷丸层深度约为54.7 μm； 喷丸速度为1 200 mm/min时喷丸层深度约为43.14 μm。 喷丸移动速度小，生产效率低， 不利于大规模生产； 喷丸移动速度大， 喷丸层深度小， 不能达到喷丸的目的。 因此，选择喷丸移动速度为800 mm/min， 既能提高生产效率， 也可以保证喷丸层深度。

图4 为喷丸压力1.26 MPa、 后退移动速度为800 mm/min 时， 不同喷丸距离对S30432 不锈钢试样塑性变形层的影响。 由图4 可知， 随着喷丸距离的增加， 塑性变形层深度先增大后减小， 在喷丸距离为9 mm 时塑性变形层深度最大。 当喷丸距离为5 mm 时的形貌， 塑性变形层深度约为54.7 μm； 喷丸距离增大到7 mm时， 变形层深度增大到86.23 μm， 此时塑性变形层也较为均匀； 喷丸距离为9 mm 时， 塑性变形层深度达到最大122.9 μm； 当喷丸距离继续增大时， 塑性变形层深度又有所减小， 且减小速度较快， 喷丸距离为11 mm 时， 塑性变形层深度为81.73 μm； 喷丸距离为13 mm时， 塑性变层深度为46.98 μm。 出现上述现象的原因是由于喷丸距离较小时， 丸粒扩散面较窄， 丸粒之间容易碰撞造成能量损失， 到达表面的能量有所减小， 变形层深度小； 喷丸距离逐渐增大时， 丸粒之间碰撞减小， 能量损失少， 变形层深度增大； 当喷丸距离超过一定值时， 丸粒在喷丸过程中飞行时间较长， 损失的能量较大， 喷丸效果较差。 因此， 喷丸距离为9 mm时， 塑性变形层的深度稳定在122 μm 左右，此距离为该工艺最优喷丸距离。 综上可知， 在喷丸距离为5～13 mm、 喷丸压力为1.20～1.28 MPa、前进喷丸移动速度为1 000 mm/min、 后退喷丸移动速度为400～1 200 mm/min 时， 对塑性变形层的影响顺序为： 喷丸速度＞喷丸压力＞喷丸距离。

金属材料的显微硬度与组织、 残余能有着密切的关系。 晶粒尺寸越小， 位错密度越高，材料的硬度越大。 喷丸处理使S30432 不锈钢内表层的晶粒发生细化的同时储存大量残余能， 位错密度也会增加， 这些因素会导致内表面的硬度大大提高。 但是过度喷丸会导致塑性变形层的相互挤压而剥落。 因此， 在喷丸移动速度为800 m/min、 喷丸压力为1.26 MPa、 喷丸距离为9 mm 时， S30432 不锈钢的内表面塑性变形层稳定在120 μm 左右， 并且分布较为均匀， 选择此喷丸工艺为S30432 不锈钢内喷丸最优工艺参数。

2.3 喷丸距离对组织的影响

在1.20 MPa 喷丸压力下， 表层奥氏体塑性变形层较浅为64.99 μm； 喷丸压力提高到1.22 MPa之后， 塑性变形层深度已达到70.78 μm， 该范围内的晶粒已被充分细化， 但塑性变形层深度分布较为不均匀； 当喷丸压力继续增加到1.24 MPa时， 塑性变形层深度为76.58 μm， 此时变形层深度分布也不太均匀。 随着喷丸压力持续提高到1.26～1.28 MPa， 塑性变形层充分扩展， 整体分布较为均匀， 其深度逐渐稳定在90 μm 左右。喷丸压力较大时， 不锈钢承受的变形压力较大， 内表面容易形成不平整曲面。 因此， 为了得到良好的喷丸效果， 综合考虑， 喷丸压力应选择1.26 MPa 为宜。

喷丸压力为1.26 MPa， 喷丸距离为9 mm时， 随着后退喷丸移动速度的增加， 喷丸层深度逐渐减小， 不同喷丸移动速度时塑性变形层形貌及深度如图2 所示。

2.4 喷丸层硬度分布

根据王锐坤等

研究喷丸工艺对Super304H 奥氏体耐热钢组织与性能的影响结果， 要求喷丸后塑性变形层深度≥70 μm， 距试样内表面60 μm 的硬度（HV

） 比基体的硬度高100HV

以上。

图5 所示是喷丸速度800 m/min、 喷丸压力为1.26 MPa 和喷丸距离为9 mm 时喷丸处理后S30432 不锈钢的维氏硬度图片。 从图5 （a） 可以看出， 距内表面以下85.9 μm 的硬度约为300HV

， 距 内 表 面 以 下156 μm 的 硬 度 约 为276HV

， 距 内 表 面 以 下235 μm 的 硬 度 约 为200HV

。 距内表面以下深度越深， 组织硬度越小， 距内表面以下235 μm 的硬度接近基体硬度（190HV

）。 同时， 近表层塑性变形层大于60 μm时的硬度 （300HV

） 比基体硬度提高了近110HV

。 出现以上现象的原因是喷丸处理后近表层（图5 （b）） 塑性变形强烈， 一方面晶粒得到充分的细化， 另一方面， 变形组织中含有大量的残余能可以有效抵消施加的外力， 提高材料的变形抗力， 因此近表层位置的硬度较高； 向内延伸时 （图5 （c））， 喷丸强化效果有所降低， 主要原因是晶粒细化不完全， 储存的残余能较少，抵抗材料的变形抗力有所减小， 硬度有所降低；当向内延伸超过一定值 （图5 （d）） 时， 喷丸效果基本没有， 此时的组织形貌和基体的组织形貌基本差别不大， 所以硬度也和基体接近。

用铁丝自制长方形框架，估测铁丝的用量；在框架上糊一层白纸，估测白纸的用量。围绕操场跑一圈，估测操场周长；量量算算，操场如铺草皮，估测草皮用量。在实践中，体悟周长、面积的不同度量角度。

3 结 论

（1） S30432 不锈钢在喷丸过程中， 随着喷丸移动速度的增大， 塑性变形层深度在逐渐减小； 随着喷丸距离的增大， 塑性变形层的深度先增大后减小。

（2） 随着喷丸压力的增加， 塑性变形层厚度逐渐增加， 内表面晶粒细化充分， 硬度有了显著的提高； 喷丸移动速度为800 m/min， 喷丸距离为9 mm， 喷丸压力为1.26 MPa 时， 喷丸处理后S30432 不锈钢内表层硬度值比基体硬度提高了110HV

。 对塑性变形层的影响， 喷丸速度＞喷丸压力＞喷丸距离。

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（3） 在喷丸距离9 mm、 喷丸压力1.26 MPa、喷丸前进移动速度为1 000 mm/min、 后退速度为800 mm/min 时， S30432 不锈钢塑性变形层深度在120 μm 左右趋于平稳， 且分布较为均匀，表面强化效果较佳。

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