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  • 耐熱不銹鋼

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    鐵素體系耐熱鋼中合金元素作用及將來發展方向

    來源:至德鋼業 日期:2020-11-25 23:41:20 人氣:673

    鐵素體系耐熱鋼中主要合金元素有Cr、Mo、W、Co、V、Nb、Ni、B等,耐熱鋼研究早期,主要是添加Mo和Nb,Mo能起到改善回火穩定性、增強二次硬化效應和在晶界偏聚提高晶界結合力的作用,從而在鋼的強度增加的同時,韌性不降低。而Nb與C形成NbC,形成第二相強化。隨后耐熱鋼得到了大規模的研究與應用階段,這一階段主要是C、N、V元素的優化;現在所用的耐熱鋼主要是以W取代部分Mo,提高材料的蠕變強度,并加入B強化晶界,并制備出大批綜合性能良好的耐熱鋼。將來耐熱鋼發展的方向主要是進一步增加W含量,添加Co含量。Co的作用機制和影響將是耐熱鋼下一階段進行研究的熱點。Co能有效地提高耐熱鋼的強化作用,抑制鐵素體形成,而且Co是已知唯一提高鋼的居里溫度的元素,高的居里溫度有利于鋼保持其自身的鐵磁性,從而保持鋼的擴散能壘,降低鋼中溶質的擴散能力,穩定碳化物。Co元素的作用是目前耐熱鋼研究的熱點之一。


     T/P92耐熱鋼是日本開發的一種新型耐熱鋼,它的出現得益于T/P91鋼的成功。它是以T/P91鋼為基礎,加入1.5-2.5%W,鉬含量則降為0.3-0.6%,形成以鎢為主的鎢鉬復合強化。綜合性能可媲美于T91鋼,且許用溫度更高,最高可達630℃,蠕變強度達到了奧氏體不銹鋼的水平。P92耐熱鋼屬于電廠管道用鋼,在高溫高壓下使用,主要失效形式為蠕變斷裂。蠕變孔洞一般在晶界產生,導致P92耐熱鋼管道的斷裂。蠕變孔洞的形成與鋼組織結構的變化密切相關。高溫蠕變過程中組織結構會發生變化,主要為馬氏體板條寬度變大,位錯密度降低,析出物長大,同時會析出新的Laves相和Z相。由此可見,組織的穩定對P92耐熱鋼的性能有很大的影響。超超臨界發電機組的下一個目標是使主蒸汽溫度提高到650℃。盡管已有關于P92耐熱鋼顯微組織演化方面的研究報道,但主要集中在600℃溫度范圍。為更好地理解和使用P92耐熱鋼,本文研究了其在650℃長期時效過程中顯微組織演化規律。


     一、試驗過程


     試驗用P92耐熱鋼經1080℃×1小時正火+780℃×2小時回火處理后在650oC進行時效處理。采用帶能譜分析的FEISirion200掃描電子顯微鏡和透射電鏡觀察顯微組織,采用電解萃取方法分離合金中的析出相,利用X射線衍射方法進行物相分析,利用電子背散射方法研究組織取向關系。


     二、耐熱鋼力學性能研究


     P92耐熱鋼在650oC條件下時效不同時間后的維氏硬度如圖所示,從時效開始后硬度增加,時效100小時硬度最大,從100到500小時期間硬度迅速降低,其后硬度下降趨勢變緩。在時效過程中,Laves相的析出粗化及起固溶強化的元素W、Mo原子的減少是P92耐熱鋼硬度下降的主要原因之一。P92耐熱鋼在650oC長期時效過程中,M23C6型碳化物的晶格常數a隨時效時間的延長逐漸增大,時效7944小時后達到最大;Fe2W型Laves相沿原奧氏體晶界和板條界析出。利用EBSD研究方法可知,P92耐熱鋼顯微組織在時效3000小時后晶粒的取向差變化較小,小角度晶界比例稍有上升,大角度晶界比例基本不變,板條亞結構組織穩定性較好,時效前后均發現殘余奧氏體。綜合力學性能測試及組織觀察表明,時效過程力學性能變化的主要原因是Laves相的形成和粗化。




    本文標簽:耐熱鋼 

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