服役230000h的X20马氏体耐热钢主蒸汽管道的组织和性能

以热电厂服役时间长达230000 h的主蒸汽管道X20马氏体耐热钢为研究对象,通过室温和服役高温的力学性能测试、组织以及亚结构和析出相的SEM、TEM观察、电解萃取相XRD物相分析等,研究了耐热钢长期服役的力学性能和显微结构变化。结果表明:服役钢除室温冲击性能下显著下降外,其他的力学性能退化并不显著。服役后材料的组织仍为典型的马氏体,但马氏体组织粗化明显,出现板条碎化,板条界移动,位错密度下降,碳化物粗化等现象。服役前后材料中碳化物形态和种类出现明显变化,耐热钢中主要碳化物M23C6长期服役后粗化显著,原始态中存在的亚稳态碳化物M2C及M6C和部分MX溶解,析出了Laves相和Z相。     

2Cr13马氏体耐热钢长期服役过程中组织及性能变化

研究了热电厂建筑管道用2Cr13耐热钢,在550℃高温环境下服役23万h以后的室温和高温力学性能,以及显微组织变化。实验结果表明:2Cr13耐热钢在高温环境下长时间服役以后,冲击性度降为原始材料的1/4,拉伸性能和硬度下降不明显,马氏体组织明显发生粗化并出现碎化现象。对电解萃取相进行XRD测试后发现,主要碳化物M_(23)C_6仍然存在,但是碳化物颗粒发生粗化,而亚稳态的M_6C、M_2C和MX明显减少、甚至消失。     

服役条件下马氏体耐热钢中碳化物演变与寿命相关性

12Cr马氏体耐热钢是发电及其它行业高温高压部件的关键用材。在高温高压环境下长期服役会导致材料的性能下降和组织结构退化。评价服役材料的可靠性一直是高度关注的实际问题。本文通过对发电锅炉X20再热器炉管在不同服役时期的性能和组织结构比较研究,材料硬度随寿命减损而下降,尤其是晶界硬度低于基体硬度。相应的微观结构出现碳化物粗化和蠕变损伤现象。定量分析显示,主要碳化物M23C6成分显示出明显的合金元素富集,粗化的M23C6碳化物中Cr/Fe原子比随服役时间的变化规律存在明确的动力学规律。     

高温合金服役及修复过程中组织演化规律

研究了ЖC6y合金服役过程中的组织演化规律与恢复热处理后组织形貌的变化.结果表明:经过高温长时服役后合金主要强化相的γ'粒子出现显著退化,γ'粒子的粗化存在Ostwald熟化机制与粒子聚集机制,它的粗化行为可以通过γ'相的形貌特征参数进行表征.MC碳化物在服役中发生分解,转变为周围包覆一层γ'膜的M6C型碳化物.在一定条件下,基体中可直接析出M6C型碳化物.晶界处碳化物有更强烈的分解趋势,晶界处形成包覆一层γ'膜的不连续M6C型碳化物.此种恢复热处理工艺优化了γ'粒子的形貌、尺寸、分布,有效恢复合金的组织退化及显微硬度,形成锯齿晶界,使合金持久性能得到恢复,提高了合金使用寿命.     

长期高温时效F12耐热合金钢中碳化物形态和组分变化

热电厂中质材为X20CrMoV12.1耐热合金钢主蒸汽管线在550℃高温条件下长期服役，材料的性能和组织结构发生明显变化，研究结果表明：材料在常温条件下表现为脆性，但没有出现一般耐热钢常见的软化现象；显微组织也发生显著退化，出现明显的蠕变特征；晶界和晶内碳化和严重粗化或球化，经电子衍射和X射线能谱分析，碳化和基本上都是M23C6。分布在晶界、亚晶界和晶内的M23C6碳化物的形态和组分存在一定差异，这可能与碳化物粗化过程相关。晶内有细小弥散的富钒碳化物MC在长期高温时效过程中沉淀，是材料保持硬度的重要原因。     

长期服役后X20马氏体钢的腐蚀电化学行为

结合电化学分析和微观形貌观察,研究了在电厂服役230 000h后X20钢的腐蚀电化学行为,以及微观组织结构退化与电化学行为的关联性。结果表明:经长期服役后X20钢组织内原奥氏体晶界和马氏体板条界上分布的碳化物严重粗化。富铬碳化物在晶界的析出和长大可能导致钢在含氯离子环境中的抗点蚀形核和再钝化能力降低。显微形貌观察表明,X20钢表面点蚀坑易萌生于原奥氏体晶界和马氏体板条界处,这与晶界附近析出的稳定碳化物将铬元素隔离在晶界外,从而使得原奥氏体晶界和马氏体板条界附近形成局部的贫铬区有关。     

长期服役Cr-Mo-V钢汽轮机转子的微观组织分析

对服役17年的Cr-Mo-V钢的汽轮机高中压转子微观组织进行了详细研究。金相组织观察、扫描电镜和透射电镜分析表明：Cr-Mo-V钢经过长期服役后,组织中的碳化物M3 C发生了明显的粗化,原奥氏体晶界处析出粗大的M23 C6,由于这些碳化物的演变导致材料显微硬度明显下降。用透射电镜观察到以MC碳化物为核心、M2C为两翼的H型碳化物。     

F/M钢包壳管材热处理工艺优化

通过对Fe-12Cr-1.5W-0.2V-0.15Ta F/M钢包壳管材分别进行980~1150 ℃正火和600~730 ℃回火处理,研究不同热处理工艺对包壳管材微观组织、室温力学性能的影响。结果表明,不同温度正火处理后,F/M钢包壳管材的组织均为板条马氏体,随正火温度的升高,粗大的碳化物颗粒逐渐固溶至基体中,且原奥氏体晶粒尺寸会产生粗化,从1050 ℃的40 μm增至1150 ℃的80 μm;不同温度回火后,马氏体基体上析出细小纳米级碳化物颗粒,随回火温度增加,碳化物颗粒析出数量明显增加,但析出的碳化物颗粒尺寸无明显变化;包壳管材经过1100 ℃×60 min正火+650 ℃×90 min回火后具备良好的微观组织和力学性能,其原始奥氏体晶粒无明显长大,马氏体板条组织平均晶粒尺寸约为6.0 μm,小角度晶界比率为59.6%,沿着原奥氏体晶界有纳米相析出,晶内马氏体界面处析出大量纳米相,此时,管材表现出良好的强塑性匹配,抗拉强度为1024 MPa、屈服强度为849 MPa、伸长率为17.3%。     

国产T91耐热钢650℃蠕变断裂微观机理

在650 ℃下对国产T91耐热钢进行了标准拉伸持久试验,采用外推法计算出该钢105 h的持久强度极限为55.42 MPa.使用OM、SEM、TEM和 XRD对不同应力状态下的蠕变断裂试样微观组织进行分析比较.研究结果显示,随着持久断裂时间的延长,T91耐热钢蠕变断裂状态由韧性断裂向脆性断裂模式改变;材料中出现马氏体板条组织分解、M23C6碳化物粗化、位错密度降低和再结晶等现象.析出相强化作用的下降,马氏体板条的碎化和多边形化以及位错机构的退化是国产T91耐热钢蠕变性能下降的主要原因.碳化物的EDS分析表明,不同形貌M23C6碳化物成分存在差异,含Si元素M23C6碳化物更可能在持久过程中长大.     

T91管外径蠕变对组织与力学性能影响

通过对在役不同外径蠕变应变状态T91管取样,采用光镜、扫描电镜及力学性能试验分析T91管在长期服役中的不同外径蠕变应变状态下组织、力学性能演变规律,研究外径蠕变应变对其组织及室温力学性能影响。结果表明,随着外径蠕变应变的增加,马氏体板条特征逐渐消失,M23C6型碳化物粗化及沿晶界析出、聚集与粗化,原奥氏体晶界和亚晶界逐渐清晰、粗化;室温屈服强度、抗拉强度随外径蠕变应变增加而降低,而断后伸长率随外径蠕变应变的增加遵循先增后降的趋势。沉淀相M23C6型碳化物粗化及所导致的板条亚结构退化、碳化物沿原奥氏体晶界和亚晶界析出及所导致的晶界变宽是T91管高温运行中外径蠕变造成强度降低和最终失效的主要原因。     

Correlation Between Microstructure and Corrosion Behavior of Two 90Cu10Ni Alloy Tubes

Two kinds of 90Cu10 Ni tubes with different service lives(more than 3 years and only 1 year,respectively)under identical working conditions were studied by an immersion test in a 3.5 wt% NaCl solution and the electron backscattered diffraction(EBSD) technique.The morphology after immersion showed severer corrosion attack at the grain boundaries of the tube with shorter service life compared with the tube with longer service life.The grain boundary characterization distributions(GBCDs) of the two tubes obtained by EBSD revealed more Σ3 boundaries and twins,and larger random boundary meshes in the tube with longer service life.A short immersion test in a modified Livingston's solution was conducted to evaluate the tendency to corrosion attack of different types of the grain boundaries.SEM and AFM were used to characterize the corrosion morphologies of the boundaries.A strong correlation between varying depths of corrosion grooves and types of the grain boundaries was obtained.The influence of deviation angle of low Σ boundaries on corrosion resistance of the grain boundaries was also discussed.It is concluded that a special ‘‘grain boundary engineering'(GBE) treatment has been performed on the tube with longer service life.It is proposed that the optimized GBCD is responsible for the better service performance of the tube.     

KINETICS OF TEMPER EMBRITTLEMENT IN 2.25Cr-lMo STEEL USED FOR HOT-WALL HYDROFINING REACTORS

Based on the theory of grain boundary segregation,a kinetics model of temper embrittlement caused by long-term service for hot-wall hydrofining reactors was studied.The kinetics model was applied to phosphorus (P) segregation in 2.25Cr-1Mo steel used for a hot-wall hydrofining reactor,and the kinetics of grain boundary segregation of impurity P in the steel exposed to the process environment of the hydrofining reactor was calculated on the basis of the model.The Auger electron spectroscopy test was performed in order to determine the grain boundary concentration of P.The experimental result is agreement with the theoretical calculated data. The results show that the kinetics equation is reasonable for predicting the levels of grain boundary segregation of impurity P in 2.25Cr-1Mo steel used for hot-wall hydrofining reactors.     

KINETICS OF TEMPER EMBRITTLEMENT IN 2.25Cr-1Mo STEEL USED FOR HOT-WALL HYDROFINING REACTORS

Based on the theory of grain boundary segregation, a kinetics model of temper em-brittlement caused by long-term service for hot-wall hydrofining reactors was studied.The kinetics model was applied to phosphorus (P) segregation in 2.25Cr-1Mo steelused for a hot-wall hydrofining reactor, and the kinetics of grain boundary segrea-tion of impurity P in the steel exposed to the process environment of the hydrofiningreactor was calculated on the basis of the model. The Auger electron spectroscopytest was performed in order to determine the grain boundary concentration of P. Theexperimental result is agreement with the theoretical calculated data. The results showthat the kinetics equation is reasonable for predicting the levels of grain boundarysegregation of impurity P in 2.25Cr-1Mo steel used for hot-wall hydrofining reactors.     

高速列车1Cr17Ni2制动杠杆螺栓沿晶开裂机理研究

高速列车用1Cr17Ni2马氏体不锈钢制动杠杆螺栓在服役过程中发生脆性沿晶开裂。通过断口观察、腐蚀产物成分分析、力学性能测试、微观组织分析和验证试验,揭示该螺栓的开裂机理。制动杠杆螺栓沿晶开裂的原因主要来自两个方面:内因是第二类回火脆性使Cr元素在晶界偏聚,并在晶界上生成"串珠状"含Cr第二相粒子,导致晶界强度下降;外因是螺栓在服役过程中受到了具有较大应变速率的外力的作用。此外,裂纹萌生的位置表明,应力集中在制动杠杆螺栓开裂过程中扮演了重要角色。     

金刚石与Co-Si合金的固相连接

分析了金刚石复合片中金刚石颗粒与粘结剂Ｃｏ－Ｓｉ合金之间的连接行为。通过扫描电镜、电子探针及Ｘ射线衍射分析，结果表明：在一定条件下，金刚石颗粒周围有Ｓｉ元素偏聚；金刚石颗粒与结合剂之间有新生化合物ＳｉＣ存在；烧结时间是影响ＳｉＣ生成的主要因素之一。由于ＳｉＣ的存在，使金刚石工具的使用寿命得到提高。     

时效处理对GH4169合金显微组织及高温拉伸变形行为的影响

研究了在900 ℃超温服役的试验条件下,时效时间对GH4169合金的显微组织形貌、显微硬度和高温拉伸性能的影响。结果表明:随着时效时间的延长,δ相先由晶界呈短棒状析出,然后以长针状覆盖整个晶粒。时效初期晶粒有长大现象,随着δ相沿晶界的不断析出,晶粒长大现象消失。900 ℃时效处理使得GH4169合金强化相发生溶解与转化,致使合金显微硬度从44 HRC急剧降至13.6 HRC,但后续保温时间的延长对显微硬度影响较小。δ相的析出对合金的高温力学性能有显著影响,适量的析出提高了合金的抗拉强度和高温塑性,大量析出则导致合金抗拉强度变低,高温塑性变差;不同时效处理后的合金高温拉伸均为典型的弹性-均匀塑性变形,变形断裂机制皆为微孔聚集型断裂。     

690 MPa级齿条钢板高周疲劳行为研究

由于加工过程中热输入历史的影响,在切割及焊接过程中会形成热影响区。热影响区和基体组织性能的差异导致海洋平台用特厚齿条钢板在长期服役过程中的疲劳寿命和疲劳极限不同。为探究热输入历史对材料基础疲劳性能的影响,研究了690 MPa海洋平台用齿条钢板火焰切割和焊接热影响区的高周疲劳行为,并与基体疲劳性能进行了对比。结果表明,切割热影响区和基体的疲劳强度分别为520 MPa和560 MPa,焊接热影响区和基体的疲劳强度分别为640 MPa和660 MPa。切割区基体和焊接区基体的平均有效晶粒尺寸分别为6.9 μm和5.6 μm,晶粒细化提高疲劳强度。由于热输入的影响导致组织不均匀,热影响区晶粒粗化,晶粒尺寸增加,在疲劳载荷作用下,晶界处应力集中增大,易在晶界处萌生裂纹源,使得试样在相同应力水平下,疲劳寿命和疲劳极限降低。     

钛合金TIG焊接头晶粒尺寸非线性梯度特征

以显微组织与晶粒尺寸统计分析为基础,研究了TC4钛合金不同TIG焊工艺的焊接接头显微组织及其晶粒尺寸变化,引入了晶粒梯度特征值概念,以表征钛合金焊接接头显微组织的非均匀性.结果表明,TC4钛合金TIG焊接头显微组织的晶粒尺寸从焊缝中心经热影响区至母材呈现非线性变化,晶粒尺寸变化率(晶粒梯度)在柱状晶区(CZ)和粗晶区(CGZ)交界处出现最大值,称之为晶粒梯度特征值;随着TIG焊热输入增大,晶粒梯度特征值逐渐减小,但相对位置不发生改变.晶粒尺寸梯度特征值能够反映钛合金焊接接头组织的不均匀性,这对于探索钛合金焊接接头的服役性能具有重要的意义.     

晶界对工业单晶铜线材传输性能影响的微观机制

通过分析晶界对铜线材电阻率、电容值以及信号失真度的影响规律,研究晶界对线材传输信号影响的机制.结果表明,随晶界数的增加,线材的电阻率呈非线性增加,线材的电容值呈线性减少.晶界的电阻率大于晶界两侧晶粒的电阻率是晶界影响线材传输性能的本质,晶界的电阻、电容以及电感特性是晶界对线材传输性能影响的具体表现形式.     

Bi偏聚对[001]对称倾侧Cu双晶晶界脆性的影响

使用定向生长的［００１］对称倾侧Ｃｕ双晶，研究了Ｂｉ偏聚对Ｃｕ双晶断裂行为和晶界脆性的影响．结果表明：Ｃｕ－Ｂｉ双晶的断裂行为和断裂应力强烈地依赖于晶界的取向差，而与晶界的重位点阵密度无关，其晶界脆性取决于未偏聚Ｃｕ双晶晶界的能量．晶界的能量越大，晶界脆性越强．这种依赖关系可由Ｂｉ在不同晶界的选择性偏聚解释．