基于微观组织演化的P91钢长时蠕变寿命预测

通过对P91耐热钢在高温长时蠕变过程中微观组织演化行为的综合考察,探讨了影响其长时蠕变寿命的主要因素,其中包括强化相(M_(23)C_6、MX)与析出相(Laves、Z相)的粗化现象以及和位错间的交互作用等。在此基础上,通过对蠕变幂率本构方程中耦合相应内应力参量,并结合Monkman-Grant方程,从微观组织演化的角度建立了P91耐热钢长时蠕变寿命预测模型。最后利用该模型对873K(600℃)时的P91耐热钢的相关蠕变寿命进行了预测,结果显示其计算数值与实验数据吻合较好,从而进一步表明基于微观组织演化的预测模型在P91耐热钢长时蠕变寿命的研究中具有重要意义。     

P92钢高温时效过程中Laves相量化分析

在650℃条件下,对P92钢进行1 000,2 000,3 000 h高温时效试验,通过SEM拍摄显微照片,并用IMAGEJ软件对P92钢高温时效过程中析出的Laves相进行量化分析。量化结果表明:在1 000 h就已经发生Laves相的聚集,且在1 000~3 000 h内,随着高温时效试验时间的延长,Laves相平均截圆直径与面积分数不断增加,而数量密度逐渐减少。动力学研究外推法表明,Laves相析出面积分数在3000 h后变化不大,10 000 h达到0.8%后基本不变。     

低活化铁素体/马氏体耐热钢中MX型碳氮化物强化研究进展

低活化铁素体/马氏体耐热(RAFM)钢在强辐照条件下仍具有良好的力学性能、导热性及抗热膨胀性,被认为是目前核聚变反应堆的首选结构材料,但是其较低的高温蠕变抗力和抗辐照性能极大限制了其使用温度,进而影响了核聚变反应堆的转换效率。纳米级MX型碳氮化物作为钢中重要的强化相,在高温下仍具有良好的稳定性,能够有效阻碍位错的运动及湮灭,可以有效提高钢的高温蠕变性能。此外,纳米级MX型碳氮化物的析出还可以增加钢中的界面比,而界面是良好的缺陷陷阱,可以有效诱捕辐照产生的离位原子、空位等点缺陷,从而提高钢的抗辐照性能,因此进一步增加钢中的MX型碳氮化物含量被认为是提升RAFM钢力学性能的有效途径。目前,提高RAFM钢中MX型碳氮化物强化最有效的方式主要有三种:氮化物强化工艺、形变热处理工艺(TMT)和Ti元素的添加工艺。三种工艺均能有效提高钢的高温拉伸及蠕变性能,但它们对钢综合力学性能的影响并不完全相同。氮化物强化工艺主要是通过降低钢中的C含量同时提高N含量,从而达到促进MX型碳氮化物析出的目的。但由于钢中的N含量较高,极易形成粗大的TaN夹杂,在低温条件下,钢的临界裂纹尺寸会大幅降低,TaN夹杂就会成为冲击过程的裂纹源,从而使钢的韧脆转变温度(DBTT)大幅升高。TMT工艺主要是将钢加热到奥氏体化温度以上进行保温,使钢中碳化物充分溶解,之后降温至M_(23)C_6型碳化物熔点以上,对钢引入较大的变形量,从而产生大量位错,促进MX型碳氮化物的形核。由于较高的固溶温度和较大的变形量,TMT处理后,钢具有较大的晶粒尺寸和较高的应力状态,从而使钢的冲击性能大幅降低。Ti元素添加工艺主要是在钢中引入Ti元素,Ti是良好的碳氮化物形成元素,在钢中极易与C、N元素结合形成MX型碳氮化物,从而提高钢中的MX型碳氮化物含量。与氮化物强化及TMT工艺不同,Ti元素添加后,钢中并未出现粗大的夹杂物及过大尺寸的晶粒,其表现出最佳的综合力学性能,与传统RAFM钢相比,其高温力学性能及室温冲击性能均大幅增加,仅DBTT值略有升高。本文从强化机理出发,重点介绍了近年来MX型碳氮化物强化RAFM钢的发展情况,并分析对比了三种MX型碳氮化物强化工艺对钢综合力学性能的影响。此外本文还指出了RAFM钢未来发展过程中可能遇到的其他问题,并对今后的研发重点进行了简要的分析。     

Si对9Cr型铁素体/马氏体钢析出相和力学性能的影响

研究了Si含量对9Cr型铁素体马氏体(F/M)钢析出相和力学性能的影响。结果表明：在不同Si含量的9Cr型F/M钢中析出相均为M₂₃C₆、MX和Laves相，Si能促进Laves相和M₂₃C₆型碳化物的析出。Si含量为0.9%～1.2%的这种钢其拉伸强度和延伸率略有降低，冲击性能维持稳定；Si含量为1.2%～1.8%时，Si的固溶强化和析出相的沉淀强化使钢的拉伸强度提高。但是，随着Si含量的进一步提高Laves相和M₂₃C₆型碳化物大量析出，使其冲击功显著衰退。     

Inconel 625合金中析出相演变研究进展EI北大核心CSCD

本文综述了Inconel 625合金析出相的析出与演变行为,重点介绍了该合金不同类型析出相包括γ′相、γ″相、δ相、Ni2(Cr,Mo)相以及MC,M6C,M23C6型碳化物和Laves相;阐明不同成形工艺、热处理及高温蠕变过程中析出相的析出与演化行为,论述不同类型的析出相对合金性能的影响;指出Inconel 625合金快速成形及焊接过程中产生裂纹的主要因素,并提出未来重要的发展方向是如何通过选择与控制相析出来进一步提高Inconel 625合金的热强性和热疲劳性能。     

Inconel 625合金中析出相演变研究进展

本文综述了Inconel 625合金析出相的析出与演变行为,重点介绍了该合金不同类型析出相包括γ′相、γ″相、δ相、Ni_2(Cr,Mo)相以及MC,M_6C,M_(23)C_6型碳化物和Laves相;阐明不同成形工艺、热处理及高温蠕变过程中析出相的析出与演化行为,论述不同类型的析出相对合金性能的影响;指出Inconel 625合金快速成形及焊接过程中产生裂纹的主要因素,并提出未来重要的发展方向是如何通过选择与控制相析出来进一步提高Inconel 625合金的热强性和热疲劳性能。     

Sanicro25耐热钢中析出相的热力学计算与平衡相分析

利用热力学软件Thermal-Calc计算了Sanicro25耐热钢中的平衡态析出相,分析讨论了关键元素含量变化对析出相的影响规律.研究结果表明:增加钢中W、C含量可以升高M23C6的回溶温度以及增加M23C6的析出量,Cr、Co含量对M23C6的析出量没有明显影响;Cr含量越低,W含量越高,Laves相的回溶温度越高,析出量越大;Cr、N含量越低,Nb含量越高,MX相的析出量越高;Nb含量越高,N含量越少,Z相的析出量越大;W、Cr含量越高,σ相析出量越大,回溶温度越高.     

超超临界电站用镍铁基高温合金TCP相和碳化物相析出的热力学计算

利用材料相图与性能模拟计算软件JMatPro,研究了难熔元素W,Mo,Nb和Fe含量的变化对一种新型镍铁基高温合金拓扑密排相(TCP)和碳化物相析出及高温性能的影响。结果表明:新型镍铁基高温合金晶内强化相为γ′相,晶界为M23C6碳化物;在合金中添加Mo,W,Nb均可提高合金的持久强度和屈服强度;增加合金中Mo,Nb,Fe的含量会提高Laves相和σ相的析出温度;为避免在长期服役过程中合金析出较多的TCP相,在合金中添加不超过0.6%(质量分数,下同)的Nb或不超过1%的Mo和W,以使TCP相的析出温度尽可能低于使役温度。     

GH3536合金的蠕变性能及蠕变行为

对GH3536合金在815～900℃不同应力水平下进行了高温蠕变试验,绘制了蠕变曲线并讨论了试验温度和试验应力水平对GH3536合金蠕变性能的影响规律,通过最小二乘法拟合得到了稳态蠕变速率的应力指数和Monkan-Grant关系式的参数,采用L-M参数法建立了外推公式,并对GH3536合金的蠕变断裂强度进行了外推。结果表明:在试验温度和试验应力水平下,GH3536合金的高温蠕变机制主要为位错的滑移和攀移,蠕变过程中有第二相析出,在晶界以及第二相颗粒处形成R型和W型裂纹;蠕变断裂由颈缩引起,为韧性断裂,断裂过程中发生了微孔的聚集和长大;根据外推公式GH3536合金在815℃下蠕变断裂时间2 000h所对应的蠕变断裂强度为58MPa。     

钒的添加对S30432奥氏体耐热钢影响的研究

本工作研究了添加0.18％的V对S30432奥氏体耐热钢的影响.对比了不含V和含V的S30432钢650℃持久断裂时间,测量了固溶态和持久断裂后试样的硬度,利用OM、SEM、TEM和Thermo-Calc软件研究了V对S30432钢析出相的影响,分析了V的加入对S30432耐热钢强度改善的机理.结果表明,在S30432钢中添加0.18％V,延长了其650℃持久断裂时间并提高了硬度.含V的S30432钢不仅晶粒变细,而且二次MX相数量更多.特别是,含V的S30432钢存在大量细小的Z相(Cr(Nb,V)N).这是由于V(C,N)溶解温度较Nb(C,N)低,V的添加促进了MX相的溶解,促使含V的S30432钢优先析出细小的Z相.Z相的析出强化是含V钢硬度和强度增加的主要原因.     

“相计算”概述——TCP相的预测和控制

Ⅰ.前言TCP 相(Topologically Close-PackedPhases)即拓扑密排相,是镍基、钴基、铁基高温合金以及奥氏体不锈钢中常见的析出相。σ、μ、R,Laves 相等都属此列。一般情况下,它们是一种有害相。早在二次大战期间,人们就发现σ相对铁基奥氏体合金的危害性。到了六十年代初,Woldek 和 Ross 又在 In-100镍基合金中发现:σ相降低了合金的断裂强度和延伸率。不锈钢中如出现σ相还会引起晶界腐蚀,降低材料的耐腐蚀性能。所以长期以来冶金工     

低活化钢析出相热力学研究

设计了一种低碳低活化铁素体/马氏体钢,利用扫描电镜、透射电镜和拉伸实验等方法观察和测定了实验钢在不同制备工艺下的显微组织和力学性能,并对其析出物进行EDS化学成分检测,同时通过热力学计算研究了低碳低活化钢析出相的析出规律。结果表明:热轧后经980℃保温1h完全奥氏体化淬火与750℃保温1h空冷处理后,能够制备出性能达标的超低碳实验钢;析出相主要为M_(23)C_6和MX相,其中M_(23)C_6主要在950℃以下轧制和热处理过程中析出,而MX主要在轧制过程中大量析出,同时在快速冷却和热处理过程中的二次析出比较少。     

析出相对Ti60钛合金蠕变和持久性能的影响

研究了固溶态的Si、硅化物以及α2相对Ti60高温钛合金蠕变和持久性能的影响.结果表明,α片层之间析出的硅化物能提高Ti60钛合金的600℃蠕变抗力,且当α片层内部有α2相析出时蠕变抗力提高更明显,但是硅化物的大量析出和大颗粒硅化物的存在却降低了Ti60钛合金的600℃持久性能;α2相的析出同时提高材料的蠕变抗力和持久性能;减少硅化物的析出以提高固溶态的Si对低应力下蠕变抗力的作用不显著,但是能改善高应力下的持久性能.在蠕变和持久实验条件下固溶态的硅和硅化物的不同作用,可通过不同外加应力水平下材料变形机制的差异加以解释.     

Al、Si元素含量对高温低膨胀合金组织及性能的影响

研究了Al、Si元素微调对Incoloy909合金组织及性能的影响。结果表明：Si元素含量的提高，有利于合金中Laves相及ε相的析出，使得合金中晶粒分布更加细小均匀，提高了合金高温持久寿命。Al元素含量的提升，使得合金在双时效热处理后，析出更多γ′强化相，提升了合金的强硬度。Al、Si元素的微调对合金平均线膨胀系数影响不大，固溶+双时效热处理后合金内部位错密度降低，γ′强化相弥散析出，组织更加稳定，平均线膨胀系数有所降低。     

T/P92钢焊接接头蠕变损伤的形成

对T/P92钢焊接接头进行高温持久试验,采用金相检验、扫描电镜分析、蠕变孔洞的定量分析等方法,对T/P92钢蠕变损伤的形成进行了分析。结果表明:T/P92钢焊缝细晶区内孔洞的合并并不是一个瞬间完成的过程,而是单独的孔洞持续长大,同时孔洞间距逐渐减小,相临近的孔洞相互连接并扩展成微裂纹,最终T/P92钢焊接接头发生蠕变损伤。     

新型多尺度碳氮化物强化马氏体耐热钢的稳定性

提出了一种新型多尺度碳氮化物强化马氏体耐热钢的组织模型。首先,通过降C和去除Mo、B的成分设计原则,分别抑制M₂₃C₆长大动力学,进而降低其粗化速率;抑制(Fe, Cr)₂Mo型Laves相的形成,进而降低M₂X型Laves相的粗化速率;减少硼化物脆性相的生成等,以优化组织结构。其次,通过改进形变诱导析出+热处理的方法,最终获得尺度主要分布在50 nm以下和100~200 nm这两个范围内的形状多样的碳氮化物析出相。本工作研制的新型碳氮化物强化马氏体耐热钢由于含有多尺度碳氮化物的不同强化机制,基体位错密度提高,亚晶界强化作用增强。经650 ℃高温时效1 000 h,其马氏体板条未发生明显变化,基体表现出优良的高温稳定性。同时与传统工艺制得的耐热钢相比,其初始强度基本不变,但随着高温时效时间的延长,其硬度降低较小,性能退化缓慢。     

Udimet500镍基高混合金长期蠕变行为

系统分析Ｕｄｉｍｅｔ５００合金经由８００℃和９００℃不同应力条件下的蠕变行为规律,并结合显微组织分析以揭示合金的蠕变变形行为。结果显示,合金很快达到稳态蠕变阶段,随后马上进入蠕变第三阶段。即蠕变过程主要由加速蠕变控制。组织分析表明,高温蠕变过程中γ’强化相粗化,晶界相的析出及加宽,σ相的析出可能是导致蠕变加速的主要原因。     

9Cr3W3Co钢高温时效脆化现象与改进方法

采用SEM进行显微组织观察,研究导致9Cr3W3Co钢时效脆化的主要因素。采用Thermo-Calc软件,计算平衡态下不同W含量(2.36%,2.63%,2.96%,3.11%,质量分数)的9Cr3W3Co钢中析出相的含量。利用TEM,SAXS和相分析等实验手段研究时效过程中的组织演变。结果表明:9Cr3W3Co钢的冲击韧度在100h时效后的迅速降低是时效过程中大量析出的富W Laves相所造成的。平衡态的Laves相含量主要由钢中的W含量决定。时效8000h后,W含量最低的钢冲击韧度最好,同时其Laves相的尺寸最小,粗化速率最低。通过降低W含量能够抑制9Cr3W3Co钢的时效脆化。     

Re对单晶高温合金蠕变过程中γ′相定向粗化的影响EI北大核心

通过对三种Re含量不同的单晶高温合金1100℃/140MPa蠕变实验及组织分析,研究了Re对单晶高温合金蠕变过程中γ′相定向粗化的影响。结果表明,在单晶高温合金蠕变过程中,Re促进形成完整、细密、连续的γ′筏排组织,降低合金元素扩散速率,延缓γ通道厚度的增加,降低γ′相体积分数的减小速率,从而稳定了对合金高温强度起重要作用的γ′相,使γ′相的强化作用持续较长时间。     

Cr含量降低对H13钢组织与力学性能的影响

对比了Cr含量降低为3%的3Cr-H13钢与Cr含量为5%的传统H13钢性能的差异,利用SEM、TEM、XRD进行微观组织与相组成分析,研究了Cr对H13钢组织性能的影响。结果表明,Cr含量的降低明显提高了H13钢的回火稳定性与高温强度,其原因主要与回火组织中马氏体的回复程度及二次析出碳化物的种类有关。传统H13钢在650℃回火时,马氏体基本回复完全,基体强度明显下降,并在原马氏体板条界和晶界上析出了较多的尺寸为120nm左右的近球形Cr7C3和M6C型碳化物,第二相强化效果降低;而Cr含量降低为3%的3Cr-H13钢在650℃回火后,基体依然为板条马氏体,板条内保持较高的位错密度,同时板条内析出的大量细小弥散的短棒状VC,在起到弥散强化作用的同时还钉扎位错,推迟了马氏体的回复,从而提高了高温性能。