新型奥氏体耐热钢SP2215的开发与研究

通过设计合理化学成分,采用常规高压锅炉用耐热钢管管坯生产工艺,成功生产出新型奥氏体耐热钢SP2215管坯。相比耐热钢HR3C,SP2215合金元素含量低,生产成本相对较低,具有更优秀的热塑性,能更好适应二辊斜轧穿孔工艺;SP2215在650℃、700℃下的高温持久强度显著优于HR3C,高温抗蒸汽氧化腐蚀和焊接性能方面与之相当。因此,SP2215的综合性能明显优于HR3C,可作为620～650℃超超临界电站锅炉用不锈耐热钢材料。     

650 ℃时效SP2215奥氏体耐热钢管的微观组织和力学性能

通过OM、SEM、TEM和显微硬度、室温冲击以及高温拉伸试验,研究了650 ℃时效不同时间后SP2215奥氏体耐热钢管的微观组织、力学性能及断裂机理。结果表明,固溶态SP2215钢微观组织由奥氏体,少量孪晶及未溶NbN和Z相组成;650 ℃时效时Cr23C6优先在奥氏体晶界析出,且随时效时间延长逐渐增多、粗化并形成连续网状;球形富Cu相在奥氏体晶内析出且尺寸稳定,时效2012 h约为15 nm;SP2215钢晶内室温显微硬度在时效50 h时基本达到最大值,之后趋于稳定,这与稳定富Cu相的析出强化作用有关;SP2215钢具有明显的高温时效脆化倾向,时效2012 h室温冲击吸收功较固溶态降低约78.5%,室温冲击断裂随时效时间延长由韧性断裂向沿晶脆性断裂转变,这是由Cr23C6在奥氏体晶界析出并逐渐聚集、粗化导致的。SP2215钢在650 ℃,2.5×10-4 s-1应变速率下拉伸时出现锯齿流变（Portevin-Le Chatelier, PLC）现象,锯齿类型为Type(A+B),随时效时间延长PLC逐渐“减弱”,但锯齿类型不变;随时效时间延长SP2215钢高温拉伸屈服强度基本保持稳定,抗拉强度和断面收缩率逐渐降低,高温拉伸断裂由韧性断裂向准解理脆性断裂转变。     

低活化元素对耐热钢组织及性能的影响

研究了Ti和Co元素对9Cr3W耐热钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,Ti可以细化耐热钢9Cr3W中原奥氏体晶粒和析出相,并且促使析出相均匀弥散分布于基体中。Co促使析出相分布不均,加剧M23C6型析出相团聚。Ti元素和Co元素对9Cr3W钢都有强化作用。在650℃、120 MPa条件下,加入Co和Ti后,9Cr3W的蠕变断裂寿命从264 h延长到了502 h和516 h。     

时效时间对SP2215同种钢焊接接头微观组织和力学性能的影响

采用手工钨极氩弧焊(manual-gas tungsten arc welding, M-GTAW)和ERNiCr-3焊丝制备了SP2215小径管焊接接头，分析了650℃时效不同时间后接头的微观组织、力学性能及拉伸断裂机理.结果表明：焊态下SP2215母材组织由奥氏体和少量孪晶及一次NbN和Z相组成，焊缝金属以完全奥氏体组织凝固形成柱状晶，Nb元素在枝晶间偏析并形成呈链状分布的一次NbC相；时效50 h后SP2215母材奥氏体晶界处开始析出M₂₃C₆，并随时效时间延长逐渐粗化，同时焊缝枝晶间逐渐析出NbC相，并随时效时间延长逐渐形成团簇状；母材和焊缝显微硬度均随时效时间延长而升高，均在时效500 h时达到最大值且母材硬度始终高于焊缝硬度；不同时效时间接头室温拉伸时均以韧性方式在焊缝处断裂，但起裂位置和断裂方向随时效时间的延长发生改变，时效0～114 h时以横向拉断柱状晶的方式断裂，起裂位置为枝晶间一次NbC粒子，时效时间为500～2 012 h时以平行于柱状晶方向断裂，起裂位置为枝晶核心；650℃高温拉伸时接头断裂位置随时效时间延长逐渐从焊缝...     

科技动态

<正>添加高B的9Cr耐热钢持久蠕变强度的提高降低对环境的影响、提高火力发电效率,已成为重要的课题。日本和欧洲正在大力开展火力发电站用铁素体系耐热钢的研发。日本物质与材料研究机构(NIMS)从1997年就开始对在650℃、35 MPa蒸汽条件下厚壁构造材可能适用的铁素体系耐热钢进行了研究,不仅提出了蠕变强度目标值(在650℃×10 h5条件下的断裂强度为100 MPa),而且也提出了有关耐腐蚀性和增强焊接接头强度等方面的材料设计原则,明确了650℃级9Cr耐热钢的设计原则并得到大规模的推广应用。     

700℃先进超超临界锅炉过热器管用新型镍基高温合金GH750的组织和性能研究

GH750是一种我国自主研发的、可以应用于700℃先进超超临界锅炉过热器/再热器管的新型镍基高温合金。研究新型镍基高温合金GH750的组织和性能。研究结果表明:GH750合金的组织由奥氏体基体和强化相γ′,以及微量的晶内和晶界MC、M23C6组成;力学性能优异,室温和高温强度高、塑性好;高温持久性能突出,760℃/10~5 h的持久强度超过100 MPa;在750~850℃高温长期时效后组织稳定性好,无有害相析出;长期时效至10 000 h时,室温拉伸性能变化小,冲击韧性短期下降后趋于稳定。     

高压锅炉管的发展及应用问题探讨

结合电站锅炉发展趋势,介绍高参数高压锅炉管的开发方向,以及近期有可能在锅炉上应用的新型耐热钢管材——G115、SAVE12AD、VM12-SHC、Sanicro25和SP2215;分析了工程实践中需要相关行业共同关注的典型高压锅炉管质量问题,包括大直径高压锅炉管表面局部软点和小直径高压锅炉管内壁线性缺陷、热轧高压锅炉管异型、管端折叠缺陷,以及奥氏体耐热钢管内壁氧化等。     

锅炉受热面密封板角焊缝的磁粉检测

随着电力工业的飞速发展 ,电站锅炉逐渐向大容量、高参数等方面发展 ,在 30 0 MW/60 0 MW锅炉运行中 ,受热面管壁温度超过 60 0℃的部位均采用奥氏体不锈钢管 (如 TP30 4 H和 TP347H等 )。由于奥氏体钢的制造工艺复杂、价格昂贵 ,而且存在着与铁素体钢相连接的焊接接头运行寿命等问题 ,大大提高了锅炉制造成本。美国 CE公司于 70年代研制了新型马氏体耐热钢 T91 ,它以 9Cr1 Mo钢为基础 ,加入少量 V和Nb等元素 ,使钢材各方面性能得到很大改善 ,具有较高的抗氧化性能和高温持久性能 ,使其在 62 5℃时与 TP30 4 H不锈钢具有相等强度。…     

P92耐热钢加热过程中奥氏体晶粒长大规律

对P92耐热钢在箱式电阻炉中进行晶粒长大实验,实验温度为1000℃、1050℃、1100℃、1200℃和1250℃,保温时间为1h、3h、5h、8h、10h和15h。采用ZEISS-AXIO显微镜观察奥氏体晶粒长大组织,用截线法进行奥氏体平均晶粒尺寸的测定。结果表明,P92耐热钢奥氏体晶粒随加热温度的升高和保温时间的延长而增大,并得到晶粒长大的数学模型。     

富铜纳米析出相在18Cr9Ni3CuNbN奥氏体耐热钢中的时效强化

采用SEM、TEM和3DAP(原子层析技术)的综合分析方法并结合显微硬度测试对18Cr9Ni3CuNbN(超级304)奥氏体耐热钢的商用钢管650℃长期时效后的样品进行分析.结果表明.超级304钢时效1 h后Cu原子即发生偏聚形成富Cu偏聚区为随后的富Cu相析出做好成分上的准备(浓度起伏),随时效时间的延续富Cu原子偏聚区中Fe,Cr,Ni等原子浓度不断稀释并扩散到基体中,Cu的浓度不断增长而逐渐成为富Cu相中的最主要的组成元素.富铜相在时效初期以几个纳米的小颗粒弥散析出,在长大过程中满足扩散控制的抛物线规律,且长时间与基体保持共格关系.即使到650℃,10000 h长期时效后富Cu相仍保持在30 nm左右的小尺寸而发挥其优异的弥散强化效果.     

奥氏体耐热钢中的纳米析出相研究

采用扫描电镜、透射电镜和X-射线衍射仪研究了固溶处理后不同温度时效处理对25Cr-20Ni-Nb N奥氏体耐热钢显微组织和性能的影响。结果表明,试验钢经过1150℃固溶处理后的显微组织为奥氏体基体内分布粗大颗粒状Nb Cr N相(Z-相);在650~900℃时效处理1 h后,在奥氏体晶界上析出M_(23)C_6型碳化物;在850℃时效1 h后,除在奥氏体晶界上析出M_(23)C_6型碳化物外,还在奥氏体晶粒内部析出均匀分布的纳米尺寸Z-相,纳米尺寸Z-相的颗粒密度达到每平方微米7.8个;试验钢的硬度随时效温度的升高先降低后升高再降低,在850℃时达到最大值,硬度的变化与纳米尺寸的Z-相析出强化有关。     

10Cr12Ni3Mo2VN马氏体耐热钢奥氏体晶粒长大行为

通过在不同加热温度和保温时间下等温奥氏体化,研究了10Cr12Ni3Mo2VN马氏体耐热钢奥氏体晶粒长大行为。结果表明:900~1150℃温度区间内,10Cr12Ni3Mo2VN马氏体耐热钢奥氏体晶粒尺寸随加热温度升高、保温时间延长而增大,且随保温时间延长,晶粒尺寸均匀性下降;由于碳氮化物在1100℃以上发生溶解,1100℃以上奥氏体晶粒发生粗化;1200~1280℃温度区间内,由于δ铁素体相的析出,10Cr12Ni3Mo2VN马氏体耐热钢奥氏体晶粒尺寸随加热温度升高而减小。拟合得到900~1150℃温度区间内10Cr12Ni3Mo2VN钢奥氏体晶粒生长模型为D=6.67×107×t0.303×exp(-1.81×105/RT)。     

新型22Cr-15Ni奥氏体耐热钢高温低周疲劳行为

22Cr15Ni3.5CuNbN新型奥氏体耐热钢是为620 ~ 650 ℃的超(超)临界电站锅炉管道制造而研发的新型奥氏体耐热钢,其高温性能的优劣对机组的安全可靠运行具有重要意义. 文中通过22Cr15Ni3.5CuNbN钢在650 ℃下的低周疲劳试验,研究了其在不同应变幅条件下的应力?应变关系及疲劳寿命. 通过对断口形貌的分析研究了其断裂机理. 结果表明,22Cr15Ni3.5CuNbN钢在高温下表现出明显的循环硬化行为,且没有明显的应力饱和现象出现. 其硬化行为与材料内部位错密度的增加有关. 采用基于塑性应变能密度对其疲劳寿命进行了预测,取得了良好的预测效果. 疲劳断口可以分为3个区域:裂纹源区、裂纹扩展区以及瞬断区. 在较高的应变幅条件下,在断口处可观察到多个裂纹源. 多个裂纹源的形成和二次裂纹的产生是导致其疲劳寿命下降的重要原因.     

超超临界转子钢X12CrMoWVNbN10-1-1的等温转变动力学

通过膨胀试验测定了X12CrMoWVNbN10-1-1铁素体耐热钢连续加热过程相变动力学曲线(CHT),根据等温转变动力学与连续转变动力学之间的关系将CHT曲线转换为等温加热相变动力学曲线(IHT);采用定量金相法测定X12CrMoWVNbN10-1-1铁素体耐热钢以30℃/h加热至1070℃保温12h的过冷奥氏体经过不同温度等温转变的转变量与等温时间的关系,根据试验结果求解出修正的Avrami方程中的系数,并绘制出这种奥氏体化条件下的过冷奥氏体等温转变动力学曲线(TTT)。     

T91与TP347H异种钢小径管的焊接

随着电站设备中金属部件使用钢材种类的逐渐增多,对锅炉高温、高压金属部件材质的要求越来越高,不可避免地会遇到异种钢焊接的问题.在300～1000 MW机组锅炉过热器、再热器管道中,为满足使用要求,已经部分使用蠕变强度和抗氧化性能高的马氏体、奥氏体耐热钢(如T91,TP347H,TP304H).为此,通过对马氏体耐热钢(T91)和奥氏体钢(TP347H)的性能分析,阐述了T91+TP347H焊接存在的问题,综述了马氏体耐热钢(T91)与奥氏体不锈钢(TP347H)的焊接性能、焊接工艺和操作技术,为从事焊接的工程技术人员提供选材、制订合理焊接工艺的依据.     

22Cr-25Ni奥氏体耐热钢高温时效的组织及性能

通过对新型22Cr-25Ni奥氏体耐热钢经650 ℃、700 ℃高温时效不同时间后进行硬度、室温拉伸、冲击试验,并利用光学显微镜、扫描电镜观察了其显微组织和室温冲击断口,研究了22Cr-25Ni钢时效后力学性能变化情况。结果表明,22Cr-25Ni钢经高温时效后,硬度、室温拉伸强度得到强化,在时效1000 h后达到最大值之后趋于稳定,22Cr-25Ni钢同时具有明显的时效脆性倾向,冲击吸收能量下降幅度较大,650 ℃时效100 h后冲击吸收能量由时效前的198 J下降到111 J,700 ℃时效100 h后冲击吸收能量仅为47 J,随着时效时间继续增加,当时效3000 h后冲击吸收能量减少到20 J,随后趋于稳定。22Cr-25Ni钢在高温时效后的力学性能变化主要是由CrNbN(Z相)、M₂₃C₆、MX这3种析出相的共同作用造成的。     

Super304H奥氏体耐热钢时效后的组织结构

利用扫描和透射电子显微镜对Super304H奥氏体耐热钢在650℃×5000 h时效处理后的组织结构进行观察与分析。结果表明Super304H奥氏体钢中存在固溶处理过程未溶解的尺寸约为2μm块状、150 nm球状NbC以及1μm圆形夹杂物,这些NbC与基体不存在特定的位向关系,时效过程析出的尺寸约为8 nm多边形状NbC则与基体存在立方取向关系;M23C6可以NbC为核心析出形成双层结构,偶尔发现在基体单独析出,M23C6与奥氏体存在立方取向关系,在奥氏体晶界析出的多边形状M23C6与基体也存在立方取向关系,而椭圆颗粒状M23C6则不存在这种关系;奥氏体基体内析出大量尺寸约为35 nm的富Cu相与基体存在共格关系,富Cu析出相对Super304H奥氏体钢强化作用主要来自共格强化效应。     

S600E索氏体高强不锈钢的开发及组织性能研究

索氏体不锈钢是一种新型不锈钢。以Cr-Ni成分体系为基础,添加Nb、Ti、Mo、Cu等元素研发出屈服强度600 MPa级的高强索氏体不锈结构钢。利用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)及透射电镜(TEM)观察了实验钢组织特征,探究了热处理工艺对其组织及力学性能的影响规律,同时对实验钢的耐腐蚀性能及强化机制进行了研究。结果表明：随着淬火温度的升高,实验钢组织不均匀性消除,原奥氏体组织及回火索氏体组织逐渐粗化;随回火温度的增加,回火索氏体组织板条宽度增大,大角度晶界比例下降;钢中主要析出相为(Fe, Cr)₂₃C相和Nb、Ti元素的碳氮化物。经950℃保温0.5 h淬火和710℃回火2 h热处理后,实验钢板综合力学性能最优,抗拉强度为856 MPa,屈服强度为668 MPa,断后伸长率20.6%,-40℃冲击功63.4 J;主要强化机制为固溶强化、细晶强化和析出强化。经360 h的模拟海水环境加速腐蚀后,平均腐蚀速率仅0.0197 mm/a,耐蚀性能优异。     

高硼奥氏体钢的抗氧化性能

研究了高硼奥氏体钢在850℃下的高温抗氧化性能,采用SEM研究了材料的组织状态。结果表明,不含硼的奥氏体耐热钢850℃保温9 h和20 h的抗氧化评级均为GB/T 13303-1991中的4级"弱抗氧化性",材料抗高温氧化性能优于ESR-H13的5级"不抗氧化性"。添加硼后,氧化过程中硼有利于形成致密的氧化薄膜CrBO_3,有效阻止了氧化行为的深入,提高了材料的抗氧化性能。含硼0.3%、碳0.5%的奥氏体耐热钢850℃保温9 h和20 h抗氧化评级均达到2级"抗氧化性"。高硼奥氏体耐热钢的含碳量从0.2%提高到0.4%时,材料均具备良好的抗氧化性能,850℃下保温9 h和20 h的氧化速度均达到2级"抗氧化性"标准。较高的含碳量提高了奥氏体基体稳定性,并有利于形成CrBO_3。高硼奥氏体钢的高温抗氧化性能优于ESR-H13钢。     

低合金耐热钢T23在高温超临界CO_2环境中的腐蚀特性研究

通过低合金耐热钢T23在650℃/25 MPa的高温超临界二氧化碳(s-CO_2)下的1000 h氧化实验获得了T23钢的氧化动力学特性,并借助SEM、XRD及EDS对氧化膜的形貌、物相和成分进行了分析。结果表明:T23钢在650℃/25 MPa的高温s-CO_2中的氧化动力学符合立方规律,时间指数0.30。氧化膜具有典型的双层结构,外层氧化膜为Fe_3O_4且氧化膜疏松多孔,内层氧化膜较为致密含有大量尖晶石结构的Fe_(3-x)Cr_xO_4。T23材料在高温超临界CO_2环境中形成的氧化膜较容易发生剥落,剥落腐蚀现象明显。