304不锈钢的抗渗碳性剖析.docx
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304不锈钢的抗渗碳性剖析
柱状晶304不锈钢的抗渗碳性研究
摘要
本论文采用小角度X射线衍射仪和金相显微镜等手段，通过高温固体渗碳试验方法，研究了柱状晶304奥氏体不锈钢的抗渗碳性研究。
结果表明，通过对柱状晶304不锈钢高温渗碳后，各个试样表面均受到不同程度的腐蚀，且随着渗碳时间的增加渗碳层深度增加，增长速率减缓；开始形成的渗碳层对后期渗碳层的形成有促进作用，在一定的时间段加剧了渗碳速率的进行；高温下长时间保温后，不锈钢基体中有析出物析出，造成了一定程度的铬、碳的分布不均匀，使在一定范围内的铬元素或碳元素的贫化。
关键词：
柱状晶；渗碳；显微组织；304不锈钢
目录
第一章绪论1
1.1概述1
1.2国内外奥氏体不锈钢的发展历史1
1.2.1国外奥氏体不锈钢的发展1
1.2.2国内奥氏体不锈钢的发展2
1.3离心铸管304不锈钢柱状晶的研究进展2
1.3.1成分特点2
1.3.2合金元素在奥氏体不锈钢中的作用[3]2
1.3.3性能特点3
1.3.4工作环境和主要应用4
1.4.4高温失效机理6
1.4柱状晶304不锈钢的抗渗碳行为研究现状7
1.4.1渗碳工艺7
1.4.4渗碳的过程与机理9
1.4.5304不锈钢抗渗碳行为的研究热点10
1.5本课题研究的目的与意义10
1.6.1本课题研究的主要内容10
1.6.2本课题研究的目的和意义11
第二章试验材料与测试分析方法12
2.1试验材料成分12
2.2材料制备工艺12
2.2材料的性能测试与组织分析方法13
2.2.1X射线衍射（XRD）14
2.2.2材料力学性能测试方法13
2.2.3金相组织分析13
第三章试验结果分析与讨论15
3.2原始态304不锈钢的XRD相结构分析15
3.1原始态304不锈钢的组织和性能材料性能15
3.3304不锈钢渗碳后金相组织分析16
3.4304不锈钢金相组织分析17
3.4.1原始组织分析17
3.4.2渗碳后金相组织18
3.4.3晶界析出物22
3.4.4渗碳后的组织结构23
3.5讨论22
第四章结论25
参考文献25
致谢28
第一章绪论
1.1概述
不锈钢（StainlessSteel）指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，因此又称不锈耐酸钢。
在实际应用中，将在弱腐蚀介质中耐腐蚀的钢称为不锈钢，而将在化学介质中耐腐蚀的钢称为耐酸钢。
由于两种不锈钢在化学成分上的不同，前一种不锈钢不一定耐化学介质腐蚀，而后一种则一般均具有不锈性。
不锈钢是一种合金钢，其耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。
不锈钢除了基本合金元素外还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，用以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。
不锈钢在含有氯离子的腐蚀介质中腐蚀很差，主要由于铬、镍、氯是同位原素，同位原素之间会进行互换同化从而形成不锈钢的腐蚀。
不锈钢按组织状态分为：
马氏体不锈钢、铁素体不锈钢钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体（双相）不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。
此外，不锈钢按成分分为：
铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。
1.2国内外奥氏体不锈钢的发展历史
1.2.1国外奥氏体不锈钢的发展
奥氏体不锈钢起源于1912年的德国专利，以代理人C.Pasle的名义发起，在后来的发展中开发了低碳钢、添加铌或钛等碳化物形成元素的钢中用于提高实际应用中的耐晶间腐蚀的能力。
1936年，在原不锈钢的基础上添加了钼和铜，制成了符合耐硫酸腐蚀的不锈钢，为奥氏体不锈钢的长足发展奠定了基础。
在后期的发展过程中，考虑到奥氏体不锈钢的加工性能、力学性能等综合的机械性能，由英国和德国的科学家们共同研发[1]，不锈钢的组成由20Cr-7Ni变为18Cr-8Ni是最理想的组成，以及在此基础上增大Cr、Ni的含量并添加了Mo、Cu、Nb、Ti、Si等合金元素，由此发展起来了Cr-Ni系列不锈钢。
为了使不锈钢具有良好的可切削性能，还加入了了S、Ca、Se、Te等元素。
这种钢除了对氧化性酸介质具有耐腐蚀性以外，如果再在此基础上添加Mo、Cu等合金元素还能对硫酸、磷酸、甲酸、醋酸、尿素等腐蚀性介质具有耐腐蚀性。
硅含量高的奥氏体不锈钢对浓硝酸具有良好的耐腐蚀性。
随着不锈钢的不断发展，奥氏体不锈钢的强度、低磁性、韧性和耐腐蚀性能不断的增强。
德国也因此成为了奥氏体不锈钢发展和应用水平最高的国家之一，比如生产的含氮的不锈钢被广泛应用于海军建设和民用行业。
由于奥氏体不锈钢优越的综合性能，决定了它的广泛应用，在国外，Cr-Ni奥氏体不锈钢占到不锈钢总用量的60%-70％。
1.2.2国内奥氏体不锈钢的发展
1949年以后我国开始生产不锈钢，而奥氏体不锈钢的生产则在1952年以后。
社会主义改造完成以后，国内的航空、航天以及其他重工业的不断发展的需要加之电路氧气冶炼技术的引进，超低碳不锈钢等一大批新的钢中相继得到开发并投入生产。
1985-1990年国内开始加大对低碳和超低碳不锈钢的研究开发并大力推广生产和应用。
从奥氏体不锈钢的发现并在以后不断的研发发展过程中，为了满足在不同的环境中仍然保持优异的性能，添加了不同的合金元素和其他元素，因此不锈钢的应用得到最广泛的应用。
0Cr18Ni9奥氏体不锈钢在实际中得到了最广泛的的应用，食品的加工生产设备、普通的化学工业设备以及核能等其他工业方面都应用到此类的奥氏体不锈钢。
1.3离心铸管304不锈钢柱状晶的研究进展
1.3.1成分特点
304不锈钢是一种典型的奥氏体耐热不锈钢，也叫18/8不锈钢。
市场上的牌号主要是06Cr19Ni10，304，SUS304三种，其中06Cr19Ni10是按照国际标准生产的不锈钢，304是按照ASTM标准生产的不锈钢，SUS304是日本标准。
钢中必须有18%以上的铬含量，8%以上的镍含量才能使不锈钢保持其所固有的耐腐蚀性。
确定一个材料是否为304不锈钢，材料组成的成分所占百分比必须满足标准中每一个元素的要求，若有一个元素的组成未和标准相符，就不能叫做304不锈钢。
1.3.2合金元素在奥氏体不锈钢中的作用
一、合金元素铬在奥氏体不锈钢中的作用[2]
铬元素是奥氏体不锈钢中最主要也是最重要的合金元素，它是使不锈钢有不锈性和耐蚀性的主要合金元素，能使钢产生钝化并保持了稳定的钝化状态。
铬有强烈形成铁素体并保持铁素体稳定的能力，缩小γ相区。
此外铬元素还可以提高钢在氧化性介质和酸性等氯化物介质中的耐腐蚀性能，对晶间腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀能力，铬元素也有强化的作用。
二、合金元素镍在奥氏体不锈钢中的作用[2]
镍元素的主要作用是形成奥氏体并使之稳定，也是不锈钢中主要的元素。
镍元素使不锈钢获得完全的奥氏体组织，而且具有比较优良的强度、塑性和韧性的配合，具有非常好的机加工性和冷成型性，又使材料具有良好的焊接性能，同时又使奥氏体不锈钢具备了非常好的热力学稳定性。
随着镍含量的增加，残余的铁素体组织可以完全的消除，马氏体转变温度也因此降低，甚至不会出现马氏体转变，降低了碳在奥氏体不锈钢组织中的溶解度，增大了碳化物析出的倾向。
三、合金元素硅在奥氏体不锈钢中的作用[2]
硅元素对奥氏体不锈钢的抗氯化物的应力腐蚀、耐浓硝酸和浓硫酸的腐蚀具有明显的提升作用，是铬镍不锈钢中必备合金元素。
含量一般在2%~7%范围内。
硅元素是强烈的形成铁素体的元素，并随着硅含量的提高铁素体的含量也将增多。
四、合金元素锰在奥氏体不锈钢中的作用[4]
合金元素锰具有稳定奥氏体的作用，使在高温形成的奥氏体在冷却过程中保持不转变成马氏体。
（5）碳在奥氏体不锈钢中的作用
碳元素能够提高不锈钢的强度，但是由于碳能和铬元素形成碳化物，造成基体中铬的贫化，促进了晶间氧化腐蚀，因此碳元素对不锈钢应对应力腐蚀裂纹特别是应对高温条件下抗氧化腐蚀非常的不利，在不锈钢生产过程中需要严格控制C的含量。
1.3.3性能特点
304不锈钢是一种通用性的奥氏体不锈钢，比200等不锈钢材料的防锈性能要强，耐高温方面也优于其它不锈钢，一般使用环境在温度极限小于650℃。
304不锈钢由于具有良好的耐蚀性、耐热性能，低温强度和良好的机械特性；弯曲、冲压等良好的热加工性能和可焊性，没有热处理硬化现象，无磁性，因此广泛应用于制作具有良好综合性能（成型性和耐蚀性）的设备和工件。
304不锈钢具有良好的耐热性能，主要受碳的影响。
奥氏体不锈钢中的碳元素是强烈形成奥氏体区、稳定奥氏体区并且扩大奥氏体区的元素。
碳在钢中是一种间隙原子，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。
碳在提高奥氏体不锈钢在高浓氯化物（如42%MgCl2沸腾溶液）中的耐应力腐蚀的性能中效果显著。
但是，碳在奥氏体不锈钢中常常被视为有害元素，这主要是由于在不锈钢在耐蚀应用的条件下（比如焊接或经450~850℃加热），碳可与钢中的铬极易形成高铬的Cr23C6型碳化合物，从而因铬的富集而导致局部铬的贫化，使钢的耐蚀性特别是耐晶间腐蚀性能下降。
因此，从上世纪60年代以后新发展的铬镍奥氏体不锈钢大都是含碳量小于0.03%或0.02%超低碳型的不锈钢。
奥氏体不锈钢随着碳含量的降低钢的晶间腐蚀敏感性降低，一些试验研究还表明，碳会增大铬奥氏体不锈钢的点腐蚀分倾向，只有当碳含量低于0.02%才具有最明显防腐蚀的效果。
介于碳对奥氏体不锈钢的有害作用，奥氏体不锈钢在冶炼过程中不仅应严格按照要求尽快控制低的碳含量，而且在随后的热处理以及热、冷加工过程也应该防止不锈钢表面增碳，以免造成不锈钢中局部铬的贫化。
1.3.4工作环境和主要应用
随着我国汽车产量的迅速增长，对石油资源的生产和消费造成了很大的压力。
中国石油消费强度增大，据分析，我国石油消费总额度大约是日被的4倍、西欧发达国家的3倍、美国消费额度的2倍。
石油资源需求的增大，对炼油厂的产量和生产设备都提出了新的挑战。
石油化工的设备主要是在高温高压下工作，而且工作介质非常复杂，（电）化学腐蚀、冲刷腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、高温蠕变、低温脆化，这些材料性能直接影响设备在特定环境下的运行情况。
而且石油化工设备大多要求具有连续运行3年甚至更长时间的能力，因此对材料的要求非常严格。
奥氏体不锈钢在制冷、原子能、化工和石油化工加工应用比较广泛的铁-铬-镍合金，从材料加工到石油化工，从建筑美学到生活上的方方面面，因此奥氏体不锈钢成为石油加工采用的主要对象，在品种选择上，以304为主，主要用于储罐、热交换器外壳的不锈钢板；反应器、塔器外壳的不锈钢板；用于炉管、热交换器、物料输送的不锈钢无缝管；不锈钢锻件、不锈钢塔内件，国产的石化设备制造业经过二十余年的自行研发结合国内外先进技术的引进借鉴，我国的设备制造技术已经有了飞跃的发展，设备技术含量不断提高，市场竞争能力加剧，与国际间的差距也越来越小了。
表1-1是不锈钢在石化建设行业中的应用情况。
表1-1中国石化用不锈钢产品典型企业分析[3]
Table1-1sinopectypicalenterpriseanalysisusingthestainlesssteelproducts[3]
公司名称
项目名称
需求钢中
材料产地
使用量（吨）
中石化第十建设公司
建设公司
304、316、
317、2205
管材进口、
国产
不定
远纺工业（上海）有限公司
化纤生产
304
管材彰源、
华新丽华
400
安徽丰原生物化学股份有限公司
柠檬酸、
燃料乙醇
304
管材久立、
青山
1000
上海贤达压力容器制造有限公司
压力容器
304、316L、2205、316Ti、904L等
进口
去年1200今年增加了30％
在石油化工应用中，设备主要在比较苛刻的环境中运行工作介质复杂，包括电化学腐蚀、渗碳腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、高温蠕变、低温脆化等，因此石化工业对不锈钢的要求主要有耐腐蚀，包括氯化物、硫化物、碳化物和其他盐类腐蚀；耐高温与耐低温等。
除此之外，高温环境下工作的工件应具有非常高的综合性能要求，包括：
（1）为了保证工件在高温环境中不受高温腐蚀而使材料遭受破坏，工件的材料在受力或者不受力的环境工作中，应具备抗高温氧化或耐高温硫化，甚至在混合腐蚀气体中抗腐蚀等性能。
（2）具有良好的高温综合性能。
具体来说就是为了保证工件在使用过程中的安全、效益等，达到工件应具有的使用寿命，材料必须具备非常好的抗蠕变性能和高温持久强度，良好的高温疲劳性以及适当的高温塑性等等。
（3）高温工作下的工件一般都具有十分复杂的形状和结构，由于在这种特定的工作环境中，对材料的化学成分也具有十分严格的要求，因此要求高温环境下使用的材料应具备良好的冶炼工艺性能，为了保证加工成实际工程所需要的各种工程设备和部件，材料还应具备非常好的锻造、铸造、焊接等机械加工性能。
（4）经济的可行性。
在选用材料时不仅需要考虑材料在特定的使用环境中的使用寿命，还应该兼顾材料的成本，加工制作设备和部件的成本、部件的可更换性以及安全性能等因素。
全面而合理的评估经济的可行性。
1.4.4高温失效机理
奥氏体耐热钢管面为迎渗碳面，经受长期高温环境下服役后，表面变得凹凸不平并覆盖有大量的瘤状物，这表明奥氏体不锈钢管管壁在高温和含碳气氛下长期工作后发生了严重的渗碳腐蚀[4]。
高温碳化是材料暴露于高温下含碳的气体或液态环境中由于气体与材料表面发生高温反应，吸附在其表面上那一部碳原子变长生了表面增碳（碳化）现象。
虽然其表现形式与化学热处理中的渗碳一样，但其效果却大不相同。
化学热处理中的渗碳目的是提高钢的表面硬度，增强耐磨性，此时，钢的内部仍保持原有的人性。
碳化则不同，金属中的溶解度，高温下将形成许多不稳定的碳化物、析出石墨等，这和耐热钢，由于碳化，在钢中出现了大量的碳化铬，从而造成钢的贫铬，使耐磨性能及抗高温性能显著降低[5]。
由此不难看出，碳化是一种危害很大的高温腐蚀形态，但它不像高温氧化和硫化那样普遍。
碳化时，典型的化学反应是：
2CO=C+CO2
式中C表示固溶到金属中的碳。
图1.118-8型不锈钢中含碳量对组织的影响[6]
Figure1.118-8stainlesssteelinthecarboncontentoftheinfluenceoftheorganization[6]
从图1.1中看出，碳化物沿着A-B曲线在降温的过程中不断析出，致使基体中的含铬量降低[6]。
特别是Cr23C6的析出，形成此碳化物的碳与铬的重量比为1:
17，即形成这种碳化物需要17倍于碳量的铬。
Cr23C6的溶解度需要950℃[26]的温度，比B段的使用温度要高。
因此降温过程中析出的碳化物在升温过程中基本不能溶解到奥氏体中，或者说损失掉的铬元素很难再弥补到基体中。
造成了基体贫铬，而且不锈钢的抗氧化性也随着铬元素的降低而减弱。
从图1.2中可以得知，当铬含量小于6%时，不锈钢在575℃就会被氧化；铬含量小于12%时，800℃就会被严重氧化。
图1.2不锈钢抗氧化能力随铬含量的变化[5]
Fig1.2Changewiththechromiumcontentofantioxidantcapacityofstainlesssteel[5]
因为碳和铬元素的亲和能力很大，而且在高活度的含碳气氛条件下，非常容易形成碳化物，并使奥氏体中的镍元素富集，从而导致奥氏体基体气泡形成直径大约为1mm的瘤状物[7]。
这些富含镍元素的瘤状物会成为含碳气体催化分解的催化剂，使奥氏体不锈钢管表层变得非常疏松，并促使碳向不锈钢基体的进一步腐蚀。
1.4柱状晶304不锈钢的抗渗碳行为研究现状
1.4.1渗碳工艺
一、气体渗碳工艺
气体渗碳[6]是把工件放置在气体渗碳剂中进行渗碳的渗碳工艺。
气体渗碳可以较为容易的实现大量批量化生产，操作比较简单，而且渗碳的品质管理比较容易掌握等优点，所以现状被普遍采用。
气体渗碳工艺的气体通入包括发生气体和滴注式两种方式。
发生气体的方式是把渗碳用气体式（C4H10，C3H8，CH4等）与空气混合后通入变成炉，在一千多度的高温下，使之与空气反应生成变成气体，主要包括CO、H2、N2等气体并含有少量的CO2、H2O、CH4，然后将这个生成的变成气体通入到渗碳炉内进行渗碳。
二、固体渗碳
固体渗碳[7]是得到应用最早的一种渗碳方法。
固体渗碳顾名思义就是将试验的样品放入填充满颗粒状渗碳剂的密封载体中进行渗碳的工艺。
1.固体渗碳剂的要求
在设计化学热处理渗碳剂的成分时需要遵循一下的基本原则：
（1）能提供渗碳处理所需要的相的渗入元素，比如在渗碳时，所用的渗碳剂必须能保证在一定的温度下长时间保温有一定的活性碳原子深入到奥氏体不锈钢的表面，并与表面发生碳化腐蚀。
（2）具有良好的安全性，在高温下保温不能发生爆炸，而且整个渗剂是无公害的。
（3）渗碳剂中需含有催渗剂。
固体渗剂主要是由木炭粒和碳酸盐（BaCO3或Na2CO3）等成分组成，木炭粒是主要渗剂，碳酸盐的作用主要是作为催化剂。
如果单独使用木炭粒进行渗碳，不仅渗碳的周期长，而且得到的试样效果比较差，所以在固体渗碳时，为了合理的缩短渗碳周期，得到更好的渗碳层往往在木炭粒中加入一定数量的碳酸盐作为催化剂，加速渗碳的效果。
碳酸盐与木炭在高温下将会发生如下反应：
BaCO3+C（木炭）—→BaO2+CO
Na2CO3+C（木炭）—→Na2O+2CO
2CO—→CO2+[C]（活性碳原子）
在渗碳过程中，木炭在高温下被很大程度的烧损，但是碳酸盐却分解为含碳的氧化物，而后在试验结束并开箱冷却时这些分解产物与空气接触将发生还原反应BaO+CO2—→BaCO3；Na2O+CO2—→Na2CO3；因此整个试验过程中消耗的催渗剂非常的少。
2.渗碳剂颗粒大学对碳化腐蚀的影响
固体渗碳中，渗碳剂的颗粒大小对渗碳过程中气体的扩散以及渗碳层的均匀性都有很大的影响[7]，由于试样比较小，在把试样和渗碳剂装箱之前，最好先把渗剂研磨细，让渗碳剂与试样充分接触，使渗碳层达到比较理想的效果。
三、离子渗碳
离子渗碳[8]是在低真空炉体中，利用辉光放电即低温等离子体轰击的方法，使工件表面渗入金属元素。
实现离子渗金属必须具备以下几个条件：
（1）离子状态的欲渗合金元素。
（2）连续可调的高压脉冲或直流电源。
（3）一定的加热温度。
（4）一定的真空度。
1.4.4渗碳的过程与机理
渗碳的基本过程可分解为渗碳剂的分解、活性碳原子的吸收和活性碳原子在钢中的扩散三个阶段[5]。
1.渗碳剂的分解
在渗碳温度下渗碳剂发生分解反应产生，产生活性碳原子。
例如，在气体氛围渗碳时：
CO+H2=H2O+[C]
2CO=CO2+[C]
CH4=2H2+[C]
2.钢的表面吸收活性碳原子
就是活性碳原子与钢中某种合金元素形成化合物，或者碳原子迁移到铁的晶格中形成碳原子固溶体。
工件表面的活性、表面状态对渗碳表面吸收能力的大小有重要影响，工件表面越清洁，渗碳表面吸附活性碳原子的能力越强，并且随着渗碳温度的升高，不锈钢表面对活性碳原子的吸收速度加快。
3.活性碳原子在钢中的扩散
渗碳过程开始后工件表面的碳原子浓度随着时间的推移逐渐增大，在渗碳层表面和工件内部之间形成碳的浓度梯度。
活性碳原子开始有浓度较高的工件表面逐渐向浓度较低的工件内部扩散，形成一定深度的渗碳层。
温度对活性碳原子在钢中的扩散速度影响很大，渗碳表面与内部碳原子的内外浓度差以及钢中合金元素含量多少对活性碳原子扩散速度也有一定的影响。
在渗碳处理中活性碳原子的扩散方式一般有纯扩散、反应扩散以及混合扩散三种形式。
（1）纯扩散在工件表面活性碳原子迅速达到与渗碳介质平衡的碳浓度，碳原子的渗碳表层中形成固溶体，在随后的扩散中不发生相变，也不形成化合物。
活性碳原子是间隙碳原子，在渗碳层中的间隙位置之间进行迁移。
（2）反应扩散活性碳原子的浓度高于饱和溶解度时，将会发生以下几种情况；a.发生反应扩散，从溶解度较低的固溶体变成溶解度较高的化合物；b.发生相变扩散，从溶解度较低的固溶体变成溶解度较高的固溶体；c.低碳合金钢渗碳时，当碳浓度一旦超过渗碳温度下的碳在γ-Fe中饱和溶解度最大值，在渗碳层中经过形核和长大形成合金渗碳化合物。
（3）混合扩散活性碳原子的扩散既有纯扩散又有反应扩散，纯扩散和反应扩散同时存在。
气体渗碳过程中活性碳原子在钢中的扩散一般属于混合扩散。
1.4.5304不锈钢抗渗碳行为的研究热点
304奥氏体不锈钢作为一种应用很广泛的钢种，人们对其性能的研究以及为实现特定环境的改性工作做了很多的试验，在这方面取得了很大的进展。
现在已经做出了很多的试验，包括了解到300-950℃的范围内，随着温度的升高铸态304不锈钢的抗拉强度呈线性迅速降低，并在950-1250℃范围内，抗拉强度趋势变得平缓。
而且在这个温度范围内，δ铁素体随着温度的升高基体的网状组织逐渐消失并发生球化[9]；添加Ti、Nb等合金元素，经过适宜的温度加热，推迟有害Cr23C6的析出；304奥氏体不锈钢表面进行渗硅处理后，出现了纳米级的结构，是材料的强度、韧性有了很大的提高，有的材料已经出现了超塑性[10]。
但是304不锈钢作为石油化工行业中主要应用的不锈钢，碳化腐蚀一直是一个难以克服的难点，现有的试验中对于304不锈钢抗渗碳性能的研究目前还没有被查阅到，本课题就是抓住304不锈钢在这方面研究的稀少性，做一次系统的抗渗碳性能的研究，主要研究其腐蚀的速率与时间的关系以及碳化腐蚀后材料的显微组织和结构变化。
1.5本课题研究的目的与意义
1.6.1本课题研究的主要内容
本课题采用固体粉末渗碳的方法渗碳，利用能谱分析、XRD、金相显微镜等试验仪器研究304奥氏体不锈钢在1100℃条件下随着时间的变化表面碳化腐蚀的情况。
本课题的主要内容：
1、针对试验材料的化学成分结合现实条件下工件的工作温度，制定出合理的碳化腐蚀工艺。
2、利用能谱分析、XRD射线衍射、金相显微镜等仪器分析渗碳层的组织结构，探讨渗碳层的深度随着时间的变化规律。
3、通过分析渗碳层的组织结构的变化和渗碳层深度的不同，分析如何通过成分的优化和加工工艺的优化实现更好的抗碳碳效果。
1.6.2本课题研究的目的和意义
本课题主要是针对柱状晶304不锈钢的渗碳曲线进行研究，探究其渗碳速率随着时间的变化规律，为其以后在实际应用的碳化腐蚀倾向做出一定的铺垫，对渗碳后渗碳层的金相组织进行分析，寻找适当的方法增加其抗渗碳的能力，研究其长时间高温保温的情况下，析出相对基体的影响，寻找使之性能发生改变的主要原因。
本课题主要是为了应对现金情况下石油工业面临的巨大压力，提高不锈钢铸管的抗渗碳能力，延长石化产业设备的使用周期。
第二章试验材料与测试分析方法
2.1试验材料成分
本次试验中采用的奥氏体不锈钢是有烟台玛努尔核电设备股份有限公司生产的离心铸管柱状晶304奥氏体不锈钢，其化学成分详见表2-1。
表2-1试样材料的化学成分（质量分数%）
Table2-1Thechemicalcompositionofthesamplematerialmassfraction（%）
元素
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
含量（%）
0.26
0.96
1.11
0.012
0.0003
18.08
9.16
0.077
元素
Cu
Co
W
V
Nb
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