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。     

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。     

服役T91钢中碳化物的萃取工艺与演变规律

通过电解萃取的方法获取了不同服役时间T91钢中的碳化物粒子,利用SEM、XRD、EDS对萃取碳化物的物相、含量、形态及成分进行了分析,讨论了T91钢中碳化物随服役时间的演变规律.研究结果表明,T91钢中碳化物主要有两种:M23C6和MC,其中M23C6占绝大多数.随着服役时间延长,碳化物会发生如下变化:尺寸上,M23C6逐渐沿晶界粗化,MC则相对稳定,运行105296 h后仍未见粗化和增多；形态上,初始的棒状碳化物逐渐开始球化；成分上,Mo、Cr、V由基体逐渐向M23C6中扩散迁移,使得碳化物中Mo、Cr、V增加,Fe含量减少.     

高速钢过回火合金碳化物演变行为

采用TEM、EDS、碳萃取复型等手段,研究了高速钢回火组织与性能演变规律,重点分析了过回火阶段合金碳化物演变与元素分配行为。结果表明,550℃回火后,高速钢组织中析出大量与基体共格的纳米级合金碳化物MC和M2C,硬度达到峰值。过回火阶段,M2C碳化物尺寸粗化倾向明显,并且发生结构转变,形成M23C6和M6C,而MC碳化物则表现出较高的尺寸和结构稳定性,对高速钢保持高温性能稳定发挥主要作用。随回火温度升高,碳化物中Fe含量明显下降、强碳化物形成元素含量上升,对碳化物析出和粗化行为产生重要影响。     

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。     

F12耐热钢服役过程中碳化物演变与蠕变空洞的形成

以超期服役的F12马氏体耐热钢炉管作为研究对象,利用TEM、SEM、EDS等手段研究F12耐热钢组织结构在高温服役过程中发生的变化。通过研究材料的显微结构发现,服役过程中F12耐热钢中的马氏体组织发生明显的分解。晶界处的碳化物M23C6严重粗化,碳化物的化学成分变化明显,Cr含量的变化最为显著。而强化相MX相大量回溶,仅有少量残存于晶内。蠕变空洞形成于晶界粗化的碳化物处,和粗化的碳化物与基体出现明显脱离相关。     

Cr含量对高碳中合金工模具钢组织与性能的影响

对两种不同Cr含量的高碳中合金工模具钢的组织与性能进行研究.结果表明,两种钢820 ℃退火时均存在M23C6、M6C和MC三种碳化物.Cr含量较高的钢中M23C6碳化物的相对数量较高,碳化物较细.奥氏体化过程中,由于Cr含量低的钢中存在大块M6C碳化物,造成淬火未溶碳化物尺寸偏大.Cr含量较高的钢中M23C6碳化物大量溶解,提高了基体中合金元素的固溶量,在200～300 ℃回火硬度保持在59～60 HRC,具有良好的抗回火性.     

H13钢热疲劳后碳化物形态和组分的变化

采用薄膜电子衍射和萃取复型方法研究了压铸模具用钢H13钢经热疲劳后的碳化物形态和组分变化.结果表明,H13钢在热疲劳过程中表层硬度发生循环软化,循环软化主要与富铬的M23C6碳化物粒子的粗化和位错密度的降低有关.H13钢中富Cr的球状的M23C6碳化物在热疲劳过程中的成分变化是影响材料表层热疲劳循环软化的一个重要因素.球状的M23C6碳化物在热疲劳过程中,Cr和Mo等合金元素的含量在增加,而V的含量相对减少.     

异种钢焊接接头退火工艺研究——焊缝性能与保温时间

利用保护气氛箱式退火炉研究了M42高速钢-X32高强度钢异种钢焊缝的退火过程中,退火保温时间与焊缝、母材M42高速钢及X32高强度钢的硬度关系。研究表明,在炉温为810℃~820℃时,随保温时间的延长,焊缝硬度在退火初期快速下降,然后缓慢下降,且硬度与时间的对数呈线性关系。通过金相显微镜和电子探针X射线分析仪(EPMA)及XRD,分析退火后M42高速钢-X32高强度钢异种钢焊接接头金相组织及元素分布规律及接头处碳化物的形成转化规律。研究表明,退火后,焊缝组织发生再结晶现象,组织成等轴晶,碳化物球化。焊接接头中母材金属元素向焊缝扩散,形成Fe3W3C的M6C型碳化物、Cr23C的M23C型、MC型等碳化物,这些碳化物的形成,从而在组织中增加了许多晶界与相界,促进了碳化物的球化,导致了焊缝硬度的下降。     

4Cr5MoSiV1热作模具钢热疲劳中碳化物粗化动力学分析

用透射电子显微分析了4Cr5MoSiV1钢热疲劳后的显微结构变化，结果表明，在热疲劳过程中M23C6碳化物粒子发生粗化，M23C6的尺寸r和热疲劳循环次数间并不服从简单的指数关系。表明经典理论不完全适合M23C6碳化物在热疲劳过程中的粗化行为。从经典扩散理论出发，考虑多组元扩散问题，得到了球状碳化物在热疲劳过程中的粗化方程。根据Thermo-calc热力学计算结果，进一步证实了富Cr的M23C6碳化物在热疲劳过程中为易粗化碳化物，与实验结果吻合。     

Cr35Ni45钢高温长期服役过程中的组织演化规律分析

采用光学显微镜、XRD、扫描电镜和电子探针等手段对不同服役时间(原始态、服役1.5年及6年)Cr35Ni45型裂解炉管的组织形态及析出相演化规律进行系统分析。结果表明,原始铸态炉管的组织为奥氏体基体、长条状M7C3碳化物及鱼骨状NbC与基体的共晶体;高温长期服役过程中,M7C3发生向M23C6碳化物的转变,共晶碳化物NbC发生向铌镍硅化物或η相转变,同时,晶内析出大量弥散分布的颗粒状二次M23C6碳化物;随着高温服役时间的进一步延长,碳化物形态从原始的条状、鱼骨状向块状转变并逐渐连接成网,晶内析出的二次碳化物随服役时间的延长逐渐溶解合并,数量减少。造成Cr35Ni45钢高温长时服役过程中析出相结构及形貌变化的主要原因在于该钢1000℃左右的服役条件及高温下析出相的稳定性。     

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。     

5Cr15MoV钢球化退火等温及缓冷中碳化物行为变化

用扫描电镜观察热轧态5Cr15MoV钢在球化退火等温及缓冷过程中碳化物行为,并以经典扩散理论为基础对缓冷中易粗化碳化物类型进行分析。结果表明,5Cr15MoV钢球化退火显微组织变化可分为等温及缓冷两个阶段,等温阶段完成细薄渗碳体片层的析出及溶断过程,缓慢冷却阶段则完成球状碳化物颗粒的成核、聚集及长大过程;TEM选区电子衍射分析表明,5Cr15MoV钢中易粗化的碳化物为M23C6,细小弥散的碳化物为MC。碳化物颗粒粗化动力学的计算结果也表明富Cr的M23C6在缓冷中更易粗化,与实验结果一致。     

(W+Mo)/Cr比对铸造镍基高温合金时效组织和持久性能的影响

利用真空冶炼制备了不同(W+Mo)/Cr比(质量比)的铸造镍基高温合金,采用OM,SEM和TEM观察了合金试样的微观组织,研究了(W+Mo)/Cr比对合金组织演化和持久性能的影响.结果表明,(W+Mo)/Cr比对热处理态组织无明显影响,主要组成相为g基体、g'相、初生MC和晶界二次碳化物.长期时效期间,合金试样的组织演化主要包括g'相粗化、拓扑密排相(TCP)相析出、MC分解和晶界粗化.随(W+Mo)/Cr比降低,MC的热稳定性明显降低,晶界粗化程度升高,晶界碳化物发生了M6C→M6C+M23C6→M23C6的转变.同时,TCP相的析出量明显减少.当(W+Mo)/Cr比为0.22时,无TCP相析出.另外,(W+Mo)/Cr比由高于0.55降低至0.37时,TCP相的种类由m相转变为了m与s相共存.g'相和晶界粗化及TCP相的析出是引起合金持久性能降低的主要原因.综合(W+Mo)/Cr比对合组织演化和持久性能的影响得出,(W+Mo)/Cr比约为0.37时,合金具有最佳的持久性能.     

长时间服役后T23钢的组织及析出行为

利用金相显微镜,扫描电镜,能谱仪、透射电镜以及硬度计对国产T23高压锅炉管在服役20000 h后的微观组织、析出行为以及硬度变化进行了研究.研究发现,服役后原奥氏体晶粒发生回复,导致晶界逐渐模糊;晶界有大量含Cr、W的M23C6型碳化物析出,部分区域的M23C6异常长大,晶粒内有大量MX、VC等相弥散析出,这些析出相与位错相互作用,阻碍了位错进一步扩展,提高了T23钢的抗蠕变性能;T23钢服役后的硬度没有显著变化.     

T91钢服役过程中碳化物的熟化分析

通过碳化物的电解萃取、X衍射分析、能谱分析和透射电镜分析等方法,对不同服役时间的T91钢中的碳化物状态及变化进行了研究.结果表明,经长期高温高压作用后,T91钢中碳化物M23C6发生较显著的熟化.碳化物M23C6颗粒形态多由短条形变为球形,仍以板条界分布为主.同时发现碳化物M23C6的化学成分发生变化,Mo、Cr从基体中的固溶态转移到碳化物中的化合态,碳化物M23C6在T91钢中的含量显著增加,由此对碳化物熟化提出了一些新的见解.     

T92钢700℃高温时效组织与性能

对T92钢在700℃,时间为200、500、800、1000 h的高温时效处理后材料的显微组织和力学性能(包括拉伸性能、冲击性能和硬度)进行研究,同时与供货态T92钢的性能和组织进行比较。试验结果表明,T92钢在700℃时效过程中,强度和硬度值均有所下降,但下降幅度不大;而冲击吸收能量显著下降,和原始试样相比,时效1000 h后,冲击能量下降约26%。显微组织观察结果表明,时效过程中T92钢仍保持马氏体板条形貌,但随着时效时间的延长,马氏体板条宽化,且有亚晶出现。交货态显微组织中的析出相类型主要为M23C6型碳化物,时效过程中,M23C6型碳化物晶界析出并长大,是冲击吸收能量下降的主要因素,MX相在时效过程中数量增加但粗化不明显,时效500 h后Laves相析出,但数量很少,在时效后期有所粗化,数量没有增加。     

服役前后减摩钢的组织分析

利用金相显微镜、硬度机、能谱和透射电镜,分别对大型轧钢机滑动轴承的原始状态和服役后状态进行研究.结果表明,原始态试样组织细小,分布均匀,服役后组织变的粗大,且分布不均匀;服役后材料的硬度明显小于原始态;组织中存在(Fe,Mn)S硫化物和块状M23C6碳化物组织.由于(Fe,Mn)S硫化物的自润滑作用降低了摩擦系数,弥散分布于基体中的M23C6碳化物强化基体,阻止了磨料对基体的磨损,所以增强了材料的耐磨性.     

含铌H13钢热疲劳过程中的显微结构变化

对添加微量铌与不含铌的4Cr5MoSiV1钢(即H13钢)热疲劳性能进行了测试。结果表明,添加微量铌提高了4Cr5MoSiV1钢的热疲劳抗力。在热疲劳循环过程中,富铬碳化物M23C6粒子明显粗化。添加微量铌的4Cr5MoSiV1钢由于富铬碳化物的粗化受到抑止,且位错密度下降较慢,使得热疲劳裂纹的扩展相对缓慢,因而材料的热疲劳抗力提高。