OPTON | OTS自动夹杂物分析系统C位出道，携手蔡司电镜，让不锈钢夹杂物无所遁形

欧波同

2019/10/31 10:52

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背景介绍

S30432不锈钢是在ASTM S213 TP304H钢管的基础上，添加了一定量的Cu、Nb、N元素，开发的一种新型的18-8型奥氏体不锈钢，同时由于降低了Mo、V等贵金属元素，制造成本大幅降低。该钢种因为具有较好的高温强度和高温抗氧化性能，被广泛用于锅炉高温过热器和再热器部件上（工作温度600~650℃）。

添加的Cu、Nb、N等元素，在固溶时完全溶解，失效过程中不断在晶内析出。由于 Nb 与C(N)的亲和力大于Cr 与C(N)的亲和力，因此Nb会优先与C(N)反应生成NbC(N)，细小的NbC(N)颗粒尺寸较为稳定，可以起到弥散强化和沉淀强化的作用，并固定基体中的游离C(N)。同时弥散分布的几纳米ε-Cu 相具有沉淀强化作用，同时因为其为面心立方结构，与奥氏体基体共格，可以显著提高合金的组织稳定性和高温性能[1]。

但是在实际生产中，因为加工工艺的原因，NbC(N)会存在非常细小弥散分布的，也会有尺寸较大的（微米级）的一次析出相，其存在不但减少了基体中的固溶强化元素，且为M23C6 的析出提供了界面，降低了合金元素的强化效果，其尺寸和数量均应该严格控制[2]。

由于NbC(N)数量较多，人工完成工程量非常大，因此采用欧波同自主研发的OTS夹杂物分析系统可以自动统计出所有夹杂物的成分信息、尺寸形状信息和分布情况等。

本文采用1种S30432奥氏体不锈钢，其工艺路线：电炉+AOD+LF+VD+模铸+锻造处理，其化学成分元素符合如下所示的标准成分：

表1-1 S30432 奥氏体不锈钢标准成分

实验采用蔡司EVO15+EDS+OTS软件，如图1所示。实验原理为：蔡司背散射电子探头获取成分衬度图像，通过设定一定的灰度阈值，将夹杂物从基体中删选出来，再通过能谱对所选颗粒进行成分分析，经过OTS软件自带标准库的分类及处理，可以得到扫描区域所选夹杂物和析出相的所有成分、颗粒分布及形状信息，如表1-1、1-2、图2所示。扫描完成后也可以对感兴趣的颗粒重新定位进行能谱的精确再分析。

图1 蔡司EVO 设备及OTS软件

表1-2 OTS采集区域的详细信息

表1-3夹杂物分类情况

图2 夹杂物分布图

通过结果分析可以看出，采集夹杂物最小尺寸为1μm，在保证每个点至少有60000个计数的基础上，该区域共831个颗粒，扫描时间只需要25min，保证准确率的基础上效率非常高。通过OTS自带的标准库自动将夹杂物进行分类，结果显示大部分的析出相为NbC（N），平均尺寸大约为3微米，分布不是非常均匀，有的区域分布有一定的方向性，呈条状分布，因此为了提高强度和塑性，还需要进一步改善工艺，降低微米级NbC（N）的含量，同时使其更均匀的分布。

参考文献：

【1】SEN I, AMANKWAH E, KUMAR N S, et al.Microstructure and mechanical properties of annealed SUS304H austenitic stainless steel with copper[J].Materials Science and Engineering: A, 2011, 528(13/14):4491-4499.

【2】王苗苗, 朱毕焱. 不同状态下S30432 钢析出相的分析[J]. 动力工程学报, 2010, 30(4): 281-283.