T92钢管长时高温组织稳定性及性能研究

对国产T92钢管进行了650℃高温时效试验、蠕变断裂试验和组织研究.结果表明:经650℃高温时效和蠕变断裂试验后,3种现象同步发生,即位错密度下降、亚晶粒数量增加以及析出相的演变;M23C6型碳化物的迅速粗化长大以及Laves相的析出与粗化主要出现在3 000 h附近;在3 000 10 000 h时效过程中,M23C6型碳化物的长大速率并不明显,形态较稳定,这与Laves相从基体中析出并迅速粗化有关;经10 000 h时效后,T92钢管仍然保持稳定的马氏体板条形态,但蠕变断裂试验后,部分板条马氏体开始向等轴亚晶转变.     

620℃高效超超临界机组用FB2钢高温持久过程组织演变分析

为研究长期服役过程中FB2钢组织的变化规律,在620℃下对FB2钢进行高温持久试验,并对持久试样进行微观组织观察,分析其组织及析出相的演变规律.结果 表明:在高温持久过程中,FB2钢的组织仍为回火马氏体;随着持久时间的增加,马氏体组织发生回复,板条略微变宽,位错密度略减小;M23C6碳化物尺寸未发生明显粗化,持久时间达到9577 h后平均尺寸仍在250 nm左右,对马氏体板条边界具有良好的钉扎作用;FB2钢在高温持久过程中新析出Laves相,该相以单独形核和依附M23C6碳化物形核2种方式析出且快速生长,并吞咽M23C6碳化物颗粒;持久时间达到9577 h后,Laves相的最大尺寸可达1μm,仍未达到热力学平衡状态.     

HR3C钢内压蠕变试验后显微组织与力学性能试验研究

研究了HR3C钢管试样在不同内压蠕变试验时间下显微组织和力学性能的变化,分析了HR3C钢析出相对力学性能的影响.结果表明:内压蠕变试验后,HR3C钢管试样晶内和晶界上均析出弥散分布的NbCrN相,此外M23C6碳化物在晶界形成连续链状分布,并随着试验时间的延长发生聚集和粗化,M23C6碳化物在晶内析出弥散分布的方形颗粒,在孪晶界以长板状析出;弥散分布的NbCrN相和M23C6碳化物以及晶界连续分布的M23 C6碳化物产生弥散强化和晶界强化,导致内压蠕变试验后HR3C钢的强度和硬度均明显增大,随着试验时间的延长,不断聚集的M23C6碳化物弱化了晶界强化效果,使得HR3C钢抗拉强度略有下降;内压蠕变试验后,晶界连续分布的M23C6碳化物导致HR3C钢室温下冲击吸收功和断后伸长率明显减小.     

620℃汽轮机转子13Cr9Mo2Co1NiVNbNB钢的组织稳定性分析

对620℃汽轮机转子锻件(13Cr9Mo2Co1NiVNbNB)进行高温持久考核,并采用光学显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对高温持久试验后的试样和原始试样进行了微观组织对比,分析了高温持久试样的组织稳定性。结果表明,B元素在初生奥氏体晶界聚集,进入M23C6碳化物中替代C形成M23(C,B)6,并限制M23(C,B)6的长大。持久试样的组织由板条马氏体+M23C6碳化物+MX相组成,马氏体板条宽度略有增大,M23C6碳化物密度显著提高,分布更加弥散,其尺寸也略有增加。马氏体板条内形成位错胞亚晶,细小的MX相沿位错胞亚晶边界析出,对提高材料蠕变强度作用明显。     

12Cr10Co3MoW1VNbNB钢高温服役行为研究

通过12Cr10Co3MoW1VNbNB钢的持久试验及对持久试样的金相组织、位错、析出相进行的微观观察分析,得出当材料在较高温度或实际使用过程中,试验用钢在温度与应力作用下在板条马氏体界附近位错墙的形成加快了材料组织的劣化;第二相的析出阻碍位错运动,提高了材料的高温长时性能。但是,材料在整个服役过程中,板条马氏体晶界析出相的不断长大,新的马氏体边界不断形成,导致材料组织劣化,失效断裂。     

9Cr/2.25Cr异种钢接头焊缝高温时效试验组织性能研究

将9Cr/2.25Cr异种钢焊接接头在566℃温度下分别进行3 000h和8 000h的高温时效试验,用光学金相显微镜、扫描电镜进行观察,并通过焊缝冲击及硬度测试,研究了高温时效试验对异种钢接头焊缝显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:焊缝高温时效试验前后组织主要为板条马氏体和回火马氏体,随着试验时间的延长,碳化物在晶界、板条束界析出,马氏体基体亚晶变大,位错密度下降,焊缝区硬度降低;焊缝高温时效试验前后冲击值基本保持在20J左右,焊缝冲击功经过高温长期时效试验后没有明显变化。本次研究的成果可用来评估9Cr/2.25Cr异种钢接头焊缝的高温性能,为9Cr/2.25Cr异种钢焊接技术的成功开发做好技术准备。     

长期服役的12%Cr马氏体耐热钢中的碳化物及其变化

以X20CrMoV12.1耐热合金钢管为研究对象,重点研究了管道材料的显微结构变化,特别是碳化物沉淀相的形态和成分变化,探讨了材料性能变化的微观原因.结果表明:12%Cr耐热合金钢主蒸汽管线在550℃高温条件下经180 000 h长期服役后,材料的组织结构发生明显变化,出现马氏体分解,形成板条亚晶结构,表现出典型的蠕变特征;合金碳化物沉淀相大多分布于晶界和板条亚晶界,且相对于原始态粗化严重;晶界和亚晶界分布的碳化结构是M23C6,晶内相对细小的碳化物结构也大多数是M23C6,另有少量方形片状的富V碳化物MX;M23C6碳化物中合金含量随服役时间的延长明显富集,且分布在不同区域的碳化物不仅形态不同,其化学成分也存在明显差异.长期服役过程中碳化物产生这些演变现象与碳化物的粗化进程相关,并受热力学条件和扩散方式的影响.     

时效对IN 625合金组织结构及拉伸性能的影响

研究了IN 625合金在760℃时效过程中组织结构的变化及其对室温拉伸性能的影响.结果表明:时效后,晶内析出少量M23C6和γ'相,晶界析出大量M23C6和向晶内延伸的γ"相.在时效过程中,晶内析出相基本稳定;时效时间延长导致γ"相沿长度方向明显长大且数量显著增多,晶界M23C6碳化物聚集长大;基体γ和γ"之间的点阵错配度大,共格应力导致的强化作用明显,合金屈服强度提高幅度大于抗拉强度;在时效3 000 h后,γ"相尺寸、数量达到最大值,从而导致合金屈服强度和抗拉强度均达到最大值;晶界M23C6碳化物和γ"相弱化晶界,使晶界成为断裂的发源地,从而导致IN 625合金的拉伸塑性降低,合金的断裂模式由塑性断裂转变为脆性断裂.     

超期服役F12耐热钢断裂失效与组织结构的相关性

采用金相、SEM和XRD等方法,对原始及不同服役阶段的F12马氏体耐热钢试样的性能和组织结构进行了分析和比较.结果表明:随着服役时间的延长,试样的力学性能明显下降;在不同服役阶段,F12马氏体耐热钢试样的显微结构发生了明显变化,不仅出现原奥氏体晶界处碳化物的粗化、基体组织中α-Fe的晶格常数减小,且断裂态马氏体组织完全分解,并在晶界粗化的碳化物处形成蠕变孔洞.马氏体组织分解、碳化物粗化和基体组织合金元素贫化是直接导致材料性能下降的原因.     

P91钢焊缝蠕变过程中薄弱带状区域的生成机理

对焊态和蠕变断裂后的P91钢焊缝材料进行了微观组织、硬度和化学成分分析,采用Thermo-Calc软件对蠕变断裂后白色带状区域的碳活度进行了模拟.结果表明:焊道底部边界在焊态时存在合金元素的贫化,具有硬度低、碳化物溶解、碳质量分数低、再结晶的特点,且易于形成蠕变裂纹;焊道底部边界区域的碳活度远高于周围基体材料,当该区域的合金元素贫化为实测平均值时,长期时效后C元素质量分数最终贫化为小于0.01%,碳化物完全溶解;在蠕变过程中,焊道底部边界区域的马氏体组织再结晶为硬度较低的铁素体,其蠕变性能大大降低.     

国产9Cr-1Mo-V-Nb耐热钢的显微组织分析

运用光学显微镜和透射电子显微镜分析研究国产9Cr-1Mo-V-Nb耐热钢1040℃正火及随后780℃回火态的显微组织。结果表明,正火态的显微组织为典型的低碳板条马氏体,其弥散细小析出物为M_(23)C_6型碳化铬和MC型碳化钒,经回火后板条马氏体粗化,位错密度下降,孪晶消失,马氏体再结晶开始进行,局部有亚胞形成,但板条的特征依然存在。认为由于合金碳化物聚集长大速度较慢以及Cr、Mo通过固溶强化提高原子间结合力,使原子扩散的激活能升高,推迟其回复和再结晶的过程,从而使回火抗力增长,这种组织结构的稳定性非常有利于高温蠕变性能的改善。     

ZG1Cr10MoVNbN铸钢高温长时持久性能试样组织分析

为了掌握ZG1Cr10Mo VNb N钢的强化机理及长时组织稳定性,采用Olympus-PMG3型光学显微镜、VEGA TESCAN型扫描电镜、FEI Tecnai G2 F30型透射电镜对钢的高温长时持久性能试样进行了组织分析。结果表明,(1)钢采用马氏体强化、固溶强化、沉淀析出强化、晶界或亚晶界等4种机制复合强化;(2)经过持久试验后,M23C6等第二相粒子均有所长大;(3)应力对于第二相粒子的长大有明显的促进作用;(4)钢在高温长时试验条件下,由于析出了有害的粗大Laves相,钢的长时蠕变持久强度会有所降低。     

焊后热处理温度对P92钢焊缝显微组织和力学性能的影响

采用光学金相显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和力学性能测试等方法,研究了焊后热处理温度对P92钢焊缝显微组织和力学性能的影响.结果表明：热处理前P92钢焊缝硬度高、脆性大;随着焊后热处理温度的提高,P92钢焊缝的硬度降低、缺口冲击韧性升高;采用目前的常规热处理恒温时间、焊后热处理恒温温度达到746℃后,焊缝硬度和缺口冲击韧性可以达到母材的力学性能要求;造成P92钢焊缝硬度降低、缺口冲击性能提高的原因是由于板条马氏体基体向等轴亚晶转变、M23C6及MX相的脱溶析出及M23C6的聚集球化和缓慢长大造成的.     

9Cr-2W耐热钢的微观组织及析出相的研究

利用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等对9Cr-2W耐热钢的组织结构及析出相进行了研究.结果表明:9Cr-2W耐热钢在正火态下的显微组织为马氏体,含有几十到上百nm的NbX析出相以及几十nm的针状渗碳体,而在回火态下的显微组织为回火马氏体,析出相主要是100～300 nm的M23C6型析出相和50 nm左右的MX型析出相;9Cr-2W耐热钢在650℃、110 MPa下持久断裂后的显微组织仍为回火马氏体,持久断裂试样中除了M23C6型和MX型析出相以外,还发现尺寸为100～500 nm左右的Laves相,主要分布在晶界上.     

Influence of Laves Phase on Impact Toughness of P92 Steel

对650℃时效500 h、1 000 h、3 000 h和10 000 h的P92钢以及时效后经过760℃回火处理的试样进行了冲击吸收能量、冲击断口和微观组织的试验,并定量分析了Laves相对P92钢冲击性能的影响程度.结果表明：冲击吸收能量、冲击断口的晶状断面率与组织中的Laves相含量之间的变化趋势一致,存在对应关系;Laves相对P92钢热脆化的影响程度取决于时效时间,在短时时效下,Laves相的析出和长大占主导地位,随着时效时间的增加,其影响份额逐渐降低,组织中的其他变化变得逐渐重要,但Laves相的析出和长大仍是主要影响因素;760℃回火可使Laves相发生回溶,并改善了冲击韧性,短期时效试样的冲击韧性可完全恢复到正、回火状态,但冲击吸收能量的组成比例却发生了变化.     

长期服役后高中压转子30Cr1Mo1V钢的性能研究

通过室温拉伸、高温拉伸和冲击等试验研究了经过长期服役后的高中压转子30Cr1Mo1V钢不同位置的性能变化,并分析了转子强度和韧性变化的原因.结果表明：转子服役温度高的部位碳化物的形貌、分布和大小均发生变化,贝氏体和铁素体中的碳化物析出、聚集或长大,而原奥氏体晶界和贝氏体与铁素体边界处碳化物析出增多,碳化物颗粒变得粗大;不同位置的拉伸性能差别不大,服役温度最高位置的拉伸强度最低,冲击韧性下降;不同部位总冲击能量的降低主要表现为裂纹形成能的降低,而裂纹扩展能区别很小;高中压转子30Cr1Mo1V钢服役时高温位置的韧脆性转变温度（FATT50）比低温位置明显升高.     

不同状态下S30432钢析出相的分析

采用光学显微镜、扫描电镜及透射电镜等分析手段,研究了S30432钢在不同状态下的析出相.结果表明:持久试验和实际运行后材料中的析出相较多,其中富Cu相和NbC(N)析出相颗粒尺寸较小,长大不明显;Cr23C6相和一次析出相NbC(N)数量较多,长大明显,其中Cr23C6相沿晶界析出,使晶界强度降低,而异常粗大的一次析出相NbC(N)颗粒导致钢管使用性能降低,甚至影响S30432钢管的长期、安全和稳定运行.     

T23钢高温持久微观组织演变研究

通过分析T23钢常规组织状态及其在550℃、600℃、650℃高温持久试样的微观组织,研究了T23钢高温蠕变过程中的组织演变及对性能的影响.结果表明,蠕变断裂过程中,MX稳定性较好,但M7C3数量逐渐减少,M23C6聚集、长大,并且有少量M23C6转变为M6C;贝氏体铁素体基体和奥氏体小岛中的马氏体不断回复、再结晶,位错密度下降.认为温度越高,组织演变进程越快,性能退化越明显.     

微量碳和氮对9%Cr耐热钢中第二相析出行为的影响

采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射分析方法,研究了微量碳和氮对9%Cr铁素体/马氏体耐热钢中第二相析出行为的影响.结果表明:微量碳和氮对9%Cr铁素体/马氏体耐热钢中第二相的析出行为有显著影响;M23C6型碳化物在超低碳耐热钢中的析出量很少;随着碳含量的降低和氮含量的升高,在正火、回火处理状态下MX型纳米析出相的颗粒密度增大;在650℃长期时效过程中,超低碳的含氮钢中Fe2W型Laves相的析出受到抑制,而复杂氮化物Z-相[Cr(V,Nb)N]的形成加速.     

Haynes282合金在长期时效和持久过程中的组织稳定性

分别在700℃、760℃、800℃下对Haynes282合金进行长达10 000h的时效试验,在700~850℃、80~520 MPa的范围内对合金进行持久试验,采用扫描电子显微镜、能谱仪和透射电子显微镜观察和分析了合金的显微组织,研究了合金在高温时效和持久过程中的组织稳定性.结果表明:当Haynes282合金在760℃以下温度时效时,其γ′相长大较慢,在800℃下时效时,γ′相长大较快;在700℃、760℃、800℃下,时效时间超过1 000h后,冲击性能均下降较快;在800℃长期时效及850℃持久试验过程中,晶界和晶内会析出针状或长条状富Mo的μ相,且发生MC碳化物退化.