热处理工艺对S31042奥氏体耐热钢显微组织和力学性能的影响

研究S31042奥氏体耐热钢不同热处理工艺后的显微组织和力学性能。结果表明:随着时效温度由700℃上升到900℃,该钢的晶界M_(23)C_6型碳化物析出量增多,并逐渐呈现连续分布,冲击韧性显著降低,高温抗拉强度逐渐降低,屈服强度基本保持稳定,但900℃时效热处理后屈服强度略微增加;当时效温度由900℃上升到1000℃,该钢晶界碳化物析出量减少;高温抗拉强度变化不明显,屈服强度有所降低,冲击韧性提高;相比于拉伸过程中的低应变速率,在瞬时冲击高应变速率条件下,晶界M_(23)C_6相的聚集析出造成沿晶开裂倾向增加。     

长时时效对汽轮机叶片用GY200镍基合金组织和性能的影响

利用Thermal-calc热力学软件对GY200平衡条件下的析出相进行了计算,并结合金相、扫描、化学相分析等手段研究了700、750℃不同时效时间下先进超超临界电站叶片用GY200镍基合金的组织、性能、碳化物及沉淀强化相的演变。结果表明,GY200镍基合金在700、750℃时效后的强度明显增加,冲击性能稍有下降,在10 000 h时效时间内合金的各项性能没有明显变化。长时时效后的碳化物主要由M_(23)C_6和MC相组成,和热力学软件模拟结果一致,利用2%的W替代Waspaloy中1%的Mo,合金中没有M_6C析出。随着时效时间增加M23C6相含量增加,并呈链状和片状析出在晶界,750℃时效M_(23)C_6粗化更加明显;MC相数量在时效3000 h后开始下降。700℃时效3000 h后,γ′相数量开始增加,5000～10 000 h趋于稳定,750℃时效γ′相数量基本不变。γ′相在700℃时效稳定性较好,粗化速率较低;750℃时效γ′相粗化速率较高,5000 h时效后γ′相平均尺寸约100 nm。     

超超临界锅炉用奥氏体耐热钢HR3C的脆化机理

结合室温、高温冲击试验及700℃时效试验,利用光镜、扫描电镜、透射电镜、电子探针等手段对服役态及供货态典型奥氏体耐热钢HR3C的脆化机理进行了研究。结果表明,服役近4万小时后HR3C钢室温及650℃均出现了明显脆化现象,冲击韧性大幅度下降,700℃时效试验结果与此类似。组织分析表明,服役近4万小时的HR3C钢在晶界析出连续片状分布的M_(23)C_6相、沿晶界向晶内生长出针(条)状M_(23)C_6相、晶界周边析出纳米级立方状M_(23)C_6相及弥散Nb Cr N相,Cr、C,P、S 4种元素在晶界明显偏聚。在700℃时效不同时间后相关试验表明HR3C钢在冲击韧性快速下降阶段微观组织中碳化物在晶界已成连续片状分布,未见其余析出相,晶界仅有微量S元素偏聚。M_(23)C_6在晶界的连续片状析出是造成HR3C钢时效脆化的主要原因。     

高温时效对S31042钢线性摩擦焊接头组织和力学性能的影响

以使用线性摩擦焊工艺连接的S31042钢接头为研究对象,在700℃下对其进行长期时效和力学性能测试。通过OM、SEM、TEM和拉伸实验研究高温时效对S31042钢线性摩擦焊接头组织和力学性能的影响。结果表明,在700℃长期时效过程中,线性摩擦焊中形成的再结晶晶粒和纳米级NbCrN相的稳定性较好,细晶强化和析出强化的综合作用使接头保持优异的高温性能。而焊缝区、热力影响区及热影响区中不同类型的M_(23)C_6相在时效过程中均发生粗化。在时效500 h样品的热力影响区中初次观察到σ相,随着时效时间的延长,σ相的析出数量增加且尺寸增大,导致摩擦焊接头的高温力学性能急剧降低。     

617B镍基高温合金长期时效组织演变

对617B合金在650、700、750℃分别时效至3000 h并通过光学显微镜、场发射扫描电镜以及能谱分析其在时效过程中的组织演变规律。经研究发现,在时效过程中617B合金中主要的析出相为γ'相、富Cr、Mo的M_(23)C_6。650℃/600h后开始析出γ'相,且随着时效时间的延长以及温度的提高发生一定程度的粗化。低于700℃时效,γ'相的粗化满足传统的LSW理论,而大于750℃长期时效则转变为以团聚为主的粗化方式。晶界碳化由细小不连续分布的锯齿状逐渐粗化转化为连续的网状结构,晶内碳化物析出增多。750℃高温长期时效,碳化物存在与基体、γ'相之间的相互作用。     

一种新型耐热合金GY200的长期时效组织与性能

研究了一种新型耐热合金GY200在700℃长期时效过程中的组织与性能稳定性。结果表明,在时效过程中,GY200合金的室、高温力学性能的稳定性较好,且时效5 000 h后的综合力学性能较标准热处理态有所提升;时效过程未发现μ相、σ相、P相等TCP有害相析出,碳化物和γ'相未发生明显粗化,组织稳定性较好;MC碳化物非常稳定,W能不断取代Ni、Cr、Co原子进入M_(23)C_6型碳化物,促进M_(23)C_6型碳化物缓慢析出,且M_(23)C_6还会依附于MC表面形核析出;γ'相的粗化速率较缓慢,稳定性较高,长大规律符合L-S-W理论,700℃时效长大粗化方程为γ-3-γ-3=4.408×10~(-4)t。     

铌含量对S31042耐热钢析出相及持久性能的影响

以高、中、低3种铌含量的S31042耐热钢作为试验钢,研究了铌含量对S31042钢中析出相及持久性能的影响。结果表明： S31042钢时效处理后,钢中主要含有M23C6相、Z相和MX相;当时效时间达到10 000 h时,钢中发现了σ相的存在。铌含量对S31042钢中析出相的种类和M23C6相的含量影响不大,对含铌相含量的影响显著,随着铌含量的升高,Z相+MX相含量明显增多。700 ℃持久寿命并未随铌含量的升高而单调增加,而在中限铌含量出现最大值,高铌钢中未固溶的粗大一次析出相是造成持久寿命降低的主要原因。     

回火温度对高Si铁素体/马氏体耐热钢组织与力学性能的影响

对高Si含量铁素体/马氏体钢在550～800℃进行系列回火试验,利用相图计算、组织观察与萃取析出相XRD分析相结合的方法研究了回火温度对高Si含量铁素体/马氏体耐热钢组织与性能影响。结果表明,在550～800℃回火,高Si含量铁素体/马氏体钢析出相由M_(23)C_6和(NbV)(CN)组成;当回火温度低于750℃时,随回火温度升高M_(23)C_6在析出相中所占比例逐渐升高;而当回火温度超过750℃时,M_(23)C_6溶解,其在析出相中所占比例逐渐下降。在700～800℃回火,随着回火温度的升高,高Si含量铁素体/马氏体钢强度和硬度均降低。     

时效温度对Super304H钢析出相的影响

利用扫描电子显微镜、电子探针、X射线衍射和透射电镜研究了新型奥氏体耐热钢Super304H在高温时效条件下析出相的变化.结果表明,Super304H钢经700～1250℃时效后,组织中出现4种析出相:Nb(C,N)、富Cu相、M_(23)C_6和NbCrN.随时效温度的不同,析出相发生析出或溶解的变化,同时它们的形态、分布和数量随温度变化呈现出不同的变化规律,其中M23C6在700～900℃主要沿晶界析出,这将会降低钢的高温蠕变强度及抗晶间腐蚀性能.     

新型奥氏体C-HRA-5耐热钢时效过程中的沉淀相演化

对新型奥氏体C-HRA-5耐热钢(22Cr25Ni3Cu4W2Co)进行700℃/0～15 627 h时效试验,采用OM观察时效样品晶粒尺寸和孪晶的变化,采用SEM+EDS、TEM+EDS+SAED分析了时效样中沉淀相析出顺序及粗化特性。结果表明,试验钢在700℃/15627h时效过程中先后析出M23C6、Z相、富Cu相和Laves相等第二相,其中M23C6相主要在晶界析出,其它第二相主要分布在晶内,未发现σ相的析出。在时效过程中,富Cu相和Z相尺寸比较细小稳定,尤其是富Cu相,时效至15 627 h时直径约10 nm,它们是提高C-HRA-5钢热强性的主要强化相。晶界M23C6碳化物粗化速率较快,时效817 h时已在晶界形成断续状分布,时效至15 627 h时,其在晶界宽度增长至550 nm;而晶内M23C6碳化物粗化相对缓慢。由于添加W元素,在时效后期有大量针状Laves相在晶内析出,主要沿长度方向长大;另有少量颗粒状Laves相在晶界M23C6内部或其附近析出,尺寸较稳定。在长期时效过程中,未发现σ相的析出,这与C-HRA-5钢增加Ni和添加Co元素可以抑制或延迟其析出有关。     

Inconel 617B焊接接头750℃时效组织演变及对性能影响

研究Inconel 617B焊接接头750℃时效前后的组织,探讨时效过程中组织演变对硬度、强度和韧性的影响。结果表明:时效后,Inconel 617B晶界析出块状M_(23)C_6相,晶内弥散析出细小的球形γ'相和针状M_(23)C_6。随时效时间延长,晶界M_(23)C_6长大并连接;晶内γ'相增多、长大,但仍十分细小;晶内M_(23)C_6逐渐长大为薄板状,同时不断析出新的、细小M_(23)C_6。焊缝区时效过程中晶界和晶内析出相的变化与母材区类似,只是M_(23)C_6析出相更多分布在枝晶间。Inconel 617B焊接接头750℃时效硬度和强度先升后降,时效早期γ'相和M_(23)C_6的析出使硬度和强度上升,后因γ'相和M_(23)C_6相不断析出和长大使硬度和强度呈现下降趋势。时效早期韧性的显著下降则与晶界析出的M_(23)C_6和晶内析出的γ'相有关。随时效时间延长,Inconel 617B焊接接头的硬度、强度和韧性下降趋缓。     

T91钢550℃时效初期析出相演变行为研究

采用Thermal-Calc软件、金相显微镜、透射电子显微镜和显微硬度仪等试验设备,研究了T91钢经1 050℃固溶处理及550℃时效不同时间后显微组织及力学性能的变化。结果表明,时效初期,随着时效时间的延长,析出相的尺寸增大且数量增多,马氏体发生回复,亚晶界合并粗化,导致T91钢的硬度下降;时效后的T91钢,其析出相尺寸细小、种类较多。MX型析出相主要在晶界和基体内析出,随着时效时间的延长其尺寸变化不大;M_2X型析出相呈针状,属于亚稳相,主要在时效早期析出;M_(23)C_6碳化物呈"包夹"式结构,富Fe、Cr、V、Ti等元素,随着时效时间的延长其尺寸增大,中间贫Cr、Fe元素区域缩小,形状逐渐由椭圆形变成圆形。     

长期高温服役后S31042奥氏体耐热钢的微观组织

利用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪和X-射线衍射分析仪,研究了1000 MW超超临界机组用S31042奥氏体耐热钢服役50000 h后的微观组织变化。结果表明,经长期高温服役后,S31042钢组织由奥氏体基体和M_(23)C_6、NbCrN和Nb(C,N)析出相组成,服役过程中析出相不断发生析出、聚集和长大。M_(23)C_6碳化物在奥氏体晶界、孪晶界等位置形成链条状,在晶内析出为细小颗粒状,并随着服役时间的延长发生聚集长大,而在晶界附近区域则为细小颗粒状。NbCrN和Nb(C,N)主要分布于奥氏体晶粒内部,尺寸细小的NbCrN、Nb(C,N)和M_(23)C_6碳化物可有效提高S31042钢的蠕变强度,而尺寸较大的M_(23)C_6碳化物以及初始Nb(C,N)将对材料的蠕变强度产生不利影响。     

固溶温度对NF709奥氏体耐热钢微观组织和力学性能的影响

研究了固溶温度对固溶态和固溶+时效态NF709奥氏体耐热钢微观组织和力学性能的影响.结果表明,随固溶温度升高,钢中晶粒明显长大,一次析出相尺寸、数量均减小.700℃短时(＜300 h)时效处理,颗粒状M23C6相沿晶界析出,呈断续分布;超过1000 h时效后,M23C6相明显粗化,并沿晶界呈链状分布;随初始固溶温度升高,3000 h时效态试样晶内细小Z相和MX相的密度增加,尺寸变化不大.固溶温度对时效态试样的硬度和高温强度影响显著,1250℃固溶+700℃×3000 h时效态钢的高温(700 ℃)屈服强度达235 MPa,比1100℃固溶+700℃×3000 h时效态钢的强度(205 MPa)高出14.6％.晶界上M23C6相的粗化和晶内细小Z相、MX相的数量差别是造成这一性能差异的原因.     

Al对铁素体耐热钢析出相影响的模拟计算

在T92耐热钢成分基础上对其进行优化,利用Thermo-Calc热力学软件计算了试验钢的平衡析出相,重点研究了Al元素对耐热钢析出物的影响规律。结果表明,当Al含量小于4%时,Al对Laves相、M_(23)C_6相的析出量影响较小,但会提高Laves相和M_(23)C_6相的开始析出温度;Al对Z相的影响较大,当Al含量小于4%时,Z相析出量与开始析出温度都有所下降,而Al含量为4%时几乎不析出Z相;Al对σ相的影响也较为明显,Al对σ相的析出量及开始析出温度影响比较复杂,但当Al含量为4%时几乎无σ相析出。     

Inconel 617B合金焊接接头750℃持久微观组织演变对性能的影响

采用扫描电镜和透射电镜观察Inconel 617B合金焊接接头750℃持久试验前后微观组织,并探讨了微观组织演变对硬度的影响和持久断裂机制。结果表明:Inconel 617B合金焊接接头持久后,主要析出M_(23)C_6相和γ'相。晶界上M_(23)C_6相呈块状,晶内M_(23)C_6相为薄板状或针状;球形γ'相细小,弥散在晶内。随持久时间延长,晶界M_(23)C_6相长大并连接;晶内γ'相也有长大的趋势,但长时间持久尺寸仍十分细小;晶内除析出的M_(23)C_6相继续长大成薄板状外,还析出新的尺寸较小的针状M_(23)C_6相。持久初期,M_(23)C_6和γ'的析出使得焊接接头的硬度明显升高。随着持久时间延长,由于新析出的M_(23)C_6产生的强化增强效果不足以弥补因析出相粗化和固溶度降低造成的弱化效果,硬度有下降趋势。Inconel 617B合金焊接接头持久试样断裂在焊缝区,晶界和枝晶间M_(23)C_6相粗化严重,更易萌生空洞和裂纹,是引起沿晶断裂的主要原因。     

时效处理对HR3C合金微观组织和冲击韧度的影响

采用高温热处理炉对超超临界电站锅炉用HR3C合金进行短时时效和650℃×500h时效,研究了时效对合金微观组织和冲击韧度的影响。结果表明,短时时效后,晶内存在少量一次大块NbCrN相,同时有少量细小的Z相析出。在650℃×500h时效后,晶内析出更多细小的Z相,经短时时效,合金晶内的Z相更多,其弥散强化提高了合金的显微硬度;晶界析出M23C6相并进一步粗化长大,晶界附近有弥散块状的M_(23)C_6相析出。长期时效后,固溶态和短时时效态合金的冲击韧度降低,断口沿晶断裂。     

长期时效对一种镍基合金的组织与性能影响

研究了一种镍基合金USC141在700℃长期时效过程中组织与性能的变化。结果表明,随时效时间延长,合金的室、高温强度一直保持在较高水平,而晶界碳化物的长大粗化以及逐渐连续成链状,会使得合金的塑性和韧性逐渐下降。时效过程中,合金中M_(23)C_6的析出量缓慢增加,而合金中M_6C型碳化物的演变过程包括3个阶段:(1)M_6C→M_(12)C转变阶段,主要由Mo和Ni元素的扩散进入引起,碳化物总量显著增加;(2)碳化物稳定阶段,碳化物类型以及析出量变化不大;(3)M_(12)C进一步析出、粗化阶段,主要由Mo元素的扩散进入引起,晶内新析出呈薄片状的M_(12)C碳化物。合金中的γ′相的析出行为也包括3个阶段:(1)γ′相快速析出长大阶段,同时颗粒大小趋于均匀化;(2)γ′相缓慢析出长大阶段,γ′相的尺寸和析出量缓慢增加;(3)γ′相粗化、融合阶段,相邻较小尺寸的γ′颗粒接触后融合成较大尺寸γ′颗粒,使得部分γ′相颗粒明显粗化以及总体颗粒尺寸的分布散度显著增加。     

镍基高温合金长期时效处理中碳化物的析出行为

对长期时效处理后的Inconel 751合金析出的碳化物组织进行了观察,结果表明：合金在700℃时析出的碳化物类型为M_(23)C_6,在850℃时析出的碳化物类型为MC；在长期时效中,合金存在不同类型碳化物之间的转变,较低温度时向M_(23)C_6型碳化物转变,较高温度时向MC型碳化物转变。     

基于Thermo-Calc的马氏体耐热不锈钢析出相分析

基于Thermo-Calc热力学计算软件,研究了600℃、650℃时马氏体耐热不锈钢中Cr、W、Mo合金元素含量变化对析出相的影响。计算结果表明:钢中析出相主要为M_(23)C_6、金属间化合物Laves相和σ相。温度和合金元素Cr、W、Mo含量变化对M_(23)C_6碳化物析出影响较小,对Laves相和σ相的析出影响较大,W、Mo含量在一定范围内变化时会析出CHI相。随Cr含量增加,Laves相析出量先保持不变,但当σ相开始析出后线性减少。温度和W含量变化对σ相析出量影响较大。随Mo含量增加,Laves相析出量线性增加;600℃时当σ相开始析出后,Laves相析出量缓慢增加;650℃时无σ相析出,但当CHI相大量析出后,Laves相析出量急剧减少。