2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中析出相的热力学计算与试验分析

 利用Thermo-Calc热力学软件计算了2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中各个元素在成分范围内均为中值时的平衡相图,同时计算了2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中碳、铬、钼、铌、氮元素含量变化时的平衡相图,以此分析钢中主要平衡析出相和合金元素含量对析出相析出行为的影响。为验证热力学计算的可靠性,采用XRD、SEM及TEM等分析方法对热处理后的2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中析出相类型进行了试验验证。结果表明,钢中的平衡析出相为MX相、M₂₃C₆、M₆C、Z相和Laves相。在热力学平衡条件下,MX相在850 ℃转化为Z相,M₆C在787 ℃转化为Laves相。但是在实际热处理过程,由于保温时间较短且冷却速度较快,上述转化过程不会发生,所以钢中主要析出相为MX相、M₂₃C₆和M₆C。平衡析出相种类与相分析的试验结果基本一致。MX相存在大尺寸的一次MX相和细小弥散的MX相,MX相主要受铌、氮元素影响,其析出量随氮含量升高而升高,析出温度随铌含量升高而升高;M₂₃C₆相的析出温度随碳含量增加而升高,析出量也随之升高;M₆C的析出温度随铬含量增加而降低,随钼含量增加而升高;在成分范围内,元素控制原则为增加碳含量以增加M₂₃C₆的析出强化作用,减少铬含量以避免热加工时进入δ-Fe相区,减少钼含量以降低Laves相析出倾向,减少铌含量以降低一次MX相的析出温度,氮含量需要采取中间量以减少一次MX相析出,增加低温阶段细小弥散的MX相析出。     

V、Ta微合金化12Cr低活性F/M钢的优化设计

采用Thermo-Calc热力学模拟计算与实验相结合的方法,优化设计了一种V、Ta微合金化的低活性F/M钢12Cr3WVTa,经1 050℃水淬及780℃回火后对其显微组织及析出相进行光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察以及能谱分析.实验钢淬火回火后显微组织由回火马氏体和少量δ铁素体相组成,析出相主要为M₂₃C₆和MX相(M=V,Ta;X=C,N),其中M₂₃C₆主要分布于回火马氏体板条界和相界,而MX弥散析出于回火马氏体板条内以及δ铁素体内.实验钢室温和高温(600℃)拉伸力学性能良好,600℃下材料抗拉强度为507 MPa,屈服强度为402 MPa,满足超临界水冷堆用包壳管的拉伸性能要求.      

9Cr18Mo马氏体不锈钢的平衡相热力学计算

采用Thermo-Calc热力学计算软件,对9Cr18Mo马氏体不锈钢(%:0.95～1.10C、16.0～18.0Cr、0.4～0.7Mo)平衡析出相M₂₃C₆和铁素体以及非平衡凝固进行了模拟计算分析。结果表明,凝固时9Cr18Mo钢中C、Cr、Mo和Fe偏析都比较严重;C和Cr含量对M23C6析出量以及M₂₃C₆与基体中的Cr、Fe含量有一定的影响;而Mo含量的变化仅对M₂₃C₆析出量以及M₂₃C₆所含Cr、Mo元素有所影响。     

钒对高铁制动盘钢中碳化物析出及力学性能的影响

随着列车时速不断提高,制动盘承受的热负荷不断增大,这对制动盘材料提出了更高的要求.为了提高制动盘钢的机械性能及耐热疲劳性,钒元素被添加到制动盘钢中.本文研究了不同淬火温度时V含量对Cr-Mo-V系制动盘钢组织及力学性能的影响,并通过Thermo-Calc热力学软件、碳复型、透射电镜、能谱分析等方法对不同V含量时析出相的演变规律进行研究.结果表明,增加钒含量使高温析出的V（C,N）含量增加,细化奥氏体晶粒和回火马氏体组织.淬-回火态析出相主要为V（C,N）、（Mo,V）C、M₇C₃和M₂₃C₆.随钒含量增加,大尺寸M₂₃C₆和M₇C₃的析出被抑制,对韧性损害降低;小尺寸（Mo,V）C含量增多,析出强化效果增强.淬火温度为880~900℃时,增加钒含量能细化马氏体和减少大尺寸碳化物,弥补了析出强化对韧性的损害,故冲击功变化不大.淬火温度为920~940℃时,提高钒含量促使（Mo,V）C量急剧增加,冲击功快速下降.实验钢淬火温度不应超过900℃.     

高氮不锈钢固溶时效碳氮化物析出相分析

采用物理化学相分析方法研究了高氮奥氏体不锈钢固溶时效后的碳、氮化物析出行为;通过实验确定了高氮钢中析出相的电化学萃取方法,钢中析出相的类型、粒度分布、含量及组成结构式;对于化学性质相似的M₂₃C₆和(CrFe)₂N_1-x,借助于X射线衍射定量的方法测定了M₂₃C₆和(CrFe)₂N_1-x的分量。研究结果表明,氮含量低的0#钢以M₂₃C₆型碳化物析出为主,随时效时间的延长,伴随M₂₃C₆的析出还有少量(CrFe)₂N_1-x 氮化物析出。氮含量高的1#和2#钢以(CrFe)₂N_1-x型氮化物析出为主。高氮奥氏体不锈钢中析出物的总量随时效时间的延长而增加。     

Nb-V-Ti-N微合金化结构钢中碳氮化物析出的热力学分析与实验研究

为了更好地研究Nb-V-Ti-N微合金化结构钢中碳氮化物(MX)的析出行为,通过Thermo-Calc热力学软件并辅以TCFE8数据库分析了钢中析出碳氮化物的种类、数量、温度及成分,并利用场发射扫描电镜、透射电镜和能谱仪分析了碳氮化物的形貌、成分、尺寸及分布。结果表明,钢中MX析出相分别为面心立方结构的富Ti高温析出相、富Nb中温析出相和富V低温析出相;随Nb质量分数由0.050%增至0.100%,富Nb相析出温度由1 210℃升高到1 270℃,析出量由6.877×10^-4增加到1.265×10^-3,而富Ti和富V相析出温度分别由1 451℃和1 080℃降低到1 434℃和1 020℃,析出量分别由3.663×10^-4和5.562×10^-3减少到2.331×10^-4和5.281×10^-3。实验研究得到的非平衡条件下MX析出特征与热力学计算结果基本一致：高温奥氏体区析出的亚微米颗粒能够钉扎晶界,诱导晶内铁素体形成,提高细晶强化效果;而中温两相区和低温铁素...     

表面脱碳对高氮不锈轴承钢中析出相的影响

X30N高氮不锈轴承钢在经过热处理后,材料表面会出现脱碳脱氮层,为研究C、N等局部成分变化对材料中第二相析出的影响,采用10 g/L氯化锂-40 g/L磺基水杨酸-5%(V/V)甘油甲醇溶液,通过电解萃取的方法将析出相从基体中分离,并利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了析出相的结构和形貌,用碳硫分析仪、定氮仪和电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)研究了析出相的元素含量。研究结果表明：经过热处理后,试验钢中主要析出相的类型为M₂₃C₆和Cr₂(C,N),脱碳表面以Cr₂(C,N)为主,随着距离脱碳表面深度的增加,M₂₃C₆的衍射谱峰逐渐明显,总析出相的含量逐渐增加,在脱碳表面下0.4 mm时基本达到稳定,C元素含量较脱碳层表面增加了460%,N元素含量较脱碳层表面增加了38.9%,总析出相元素含量较脱碳层表面增加了85.2%。Cr₂(C,N)的形貌为球状颗粒,M₂₃C₆     

0Cr20Ni65Ti3AlNb合金平衡析出相热力学计算

利用JMatPro热力学计算软件,对0Cr20Ni65Ti3AlNb合金的平衡析出相和非平衡凝固过程进行了模拟计算。结果表明：合金的主要平衡析出相有γ相、γ′相、MC和M₂₃C₆型碳化物相、η相,合金的非平衡凝固过程中Nb、Ti元素偏析比较严重,会降低合金的初、终熔点;Al含量对γ′相析出温度和析出量影响最大;C是MC和M₂₃C₆型碳化物相主要形成元素,对其析出温度和析出量起决定作用;η相的开始析出温度和析出量主要受Ti含量影响,过多的η相析出会影响合金的机械性能,因此,在成分设计过程中需合理控制合金的Ti含量。     

M23C6析出相对节镍型奥氏体不锈钢冷轧表面裂纹的影响

为找出生产的节镍型奥氏体不锈钢冷卷表面裂纹形成原因,通过光学显微镜、扫描电镜对表面裂纹进行检测分析并结合热处理试验及热力学软件JMatPro进行分析计算研究。检测分析发现裂纹处晶界存在大量的析出相,据此推测析出相是导致钢材冷轧形成表面裂纹的主要原因。模拟连续退火工艺开展热处理试验,结果表明正常退火工艺无法完全消除热轧工序钢卷晶界处聚集的大量析出相。计算研究该成分体系下奥氏体不锈钢的平衡相图,结合能谱及透射电镜衍射斑点分析,结果表明M₂₃C₆碳化物的沉淀温度范围为500～925 ℃,钢卷从高温缓慢冷却下来会析出M₂₃C₆碳化物,析出鼻温区为850～900 ℃。以此结合实际工艺流程对减少钢卷中M₂₃C₆碳化物析出提出了可能的措施。     

MarBN钢中MX和M23C6析出的热力学研究

通过扫描电子显微镜观察了MarBN钢M23C6的分布情况;分析了MarBN钢中MX、M23C6主要的形核位置;计算了MarBN钢中V、Nb和Cr的碳化物和氮化物在不同温度下的实际溶度积及平衡溶度积,由此得出MarBN钢在液相、固相前沿、固相中的析出规律,并与一些学者的实验结果对比验证.结果表明:在固相中,碳氮化物的析出...     

ZG1Cr10MoWVNbN钢中碳化物的计算和分析

利用Thermo-Calc热力学软件,对ZG1Cr10MoWVNbN耐热钢在400～1600℃间存在的平衡相进行计算,并通过电化学萃取的方法制取钢中的碳化物粉末,进行XRD分析和形貌观察。结果表明：ZG1Cr10MoWVNbN耐热钢在400～1600℃间的主要平衡析出相为MX、M23C6和Laves相,它们所对应的开始...     

Super304H奥氏体不锈钢晶间腐蚀的研究进展

Super304H奥氏体不锈钢(0.10C-18Cr-9Ni-3Cu-0.4Nb-0.08N)为超超临界机组过热器和再热器的首选材料之一,由于该钢含碳较高,服役温度(～650℃)为M₂₃C₆沿晶界析出的敏化温度,如何避免晶间腐蚀发生是Super304H钢主要研究课题。本文综述了国内外Super304H钢晶间腐蚀倾向的研究进展,包括晶间腐蚀机理,钢中合金元素特别是Nb/C,双固溶处理、稳定化处理,焊接工艺、600～700℃高温时效对该钢晶间腐蚀的影响和Super304H钢晶间腐蚀敏感性的表征方式。展望了Super304H钢的研究方向。     

Investigation on the strengthening mechanism of S30432 austenitic heat-resistant steel

From the viewpoint of energy-saving and environment protection,it is necessary to develop Ultra Super Critical（USC） fossil-fired power plants.In order to ensure the reliable operation of power plants under high steam conditions,good mechanical properties（particularly high creep strength）,corrosion resistance and fabricability are generally required for the heat resistant steels used in USC boilers.Among these heat-resistant steels,S30432 austenitic heat-resistant steels are of interest due to high creep strength,excellent oxidation and corrosion resistance at temperatures up to 650 -700℃.In this paper,the strengthening mechanism of S30432 austenitic heat-resistant steel was investigated based on the precipitation behavior of S30432 during aging and creep at 650℃.Results show that the microstructure of as-supplied S30432 steel is austenite,the main precipitation consists of only Nb（C,N）.After aged for 10 000 h or crept for 10 712 h,there is a slight increase in the size of fine Nb（C,N）,but the transformation from Nb（C,N） to NbCrN does not occur.Aging and creep results in the precipitation ofε-Cu and M₂₃C₆.The coarsening velocity ofε-Cu particles diminishes greatly and they are still very fine in the long-term creep range.With the increase of aging and creep time M₂₃C₆ carbides tend to coarsen gradually.The size of M₂₃C₆ is larger and the coarsening is easier in contrast toε-Cu and Nb（C,N）.Nb（C,N） precipitates in the as-supplied microstructure,while aging and creep result in the precipitation ofε-Cu and M₂₃C₆.High creep rupture strength of S30432 steel is attributed to the precipitation hardening ofε-Cu,Nb（C,N） and M₂₃C₆.Extremely,ε-Cu plays an important role in improving the creep rupture strength of S30432,and at least 61%of the creep rupture strength of S30432 at 650℃results from the precipitation hardening ofε-Cu particles.     

Simulation of effect of Nb and V on precipitated phases in 1Cr16Co5Ni2Mo1WVNbN steel

Thermo- Calc software was used to simulate the equilibrium precipitates in the 1Cr16Co5Ni2Mo1WVNbN steel at 650??, and the effect of Nb and V contents on precipitated phases in the steel was investigated. The calculation results show that the main equilibrium precipitates in steel are Laves phase, M23C6, MX and Z phase. With the increase of Nb content, the precipitation of MX phase increases significantly, while the amount of M23C6 carbids decreases, Laves phase increases slightly, the precipitation of Z phase decreases slightly. With the increase of V content, the precipitation of MX phase increases slowly, the amount of M23C6 carbides reduces slightly. There is no V element contained in Laves phase, and the increase of V content has little effect on the precipitation of Laves phase, precipitation of Z phase decreases slightly. The Nb and V contents have little effect on the precipitation temperature of M23C6, MX and Laves phase, and the starting precipitation temperature of Z phase decreases with the increase of Nb content, but increases with the increase of V content.     

5Cr21Mn9Ni4Nb2WN耐热钢M(CN)和M23(CN)6的可逆析出反应

通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和选区电子衍射分析(EDA)、能量色散X-射线衍射分析(EDAX)等技术研究了5Cr21Mn9Ni4Nb2WN耐热钢锻态,1200℃ 120 min水冷固溶,+1030℃ 20~240 min水冷固溶状态,再经1220℃ 20~240 min水冷固溶状态的晶内和晶界面上碳化物相、显微组织和力学性能。结果表明,5Cr21Mn9Ni4Nb2WN钢在1030℃固溶时晶界晶内不但有粒状M₂₃(CN)₆析出,同时M(CN)块作为补充碳源发生了向M₂₃(CN)₆的退化反应,其室温冲击功急剧下降,但对钢的屈服强度影响不大;再经在1220℃固溶处理时出现M₂₃(CN)₆向M(CN)的逆析出反应,该钢又显示出较高的室温冲击功。     

新型挤压轮钢4Cr3.75MoSiV的析出相对热疲劳性能的影响

开发的新型挤压轮用钢4Cr3.75MoSiV(/%:0.39C、0.95Si、0.35Mn、3.75Cr、1.25Mo、0.99V、0.009 5N)和常用挤压轮钢4Cr5MoSiV(/%:0.42C、1.20Si、0.38Mn、5.04Cr、1.14Mo、0.85V、0.035 0N)由10 kg真空感应炉熔炼,并锻成Φ18 mm试验用棒材,然后经880℃1 h+720℃1 h球化退火,1 080℃15 min油淬,550℃2 h+530℃2 h两次回火处理。研究了两种钢主要析出碳化物形貌、尺寸,析出比例和分布以及对500次600℃-室温连续热疲劳性能的影响。结果表明,含5.04%Cr的4Cr5MoSiV常用钢的析出物中V₄C₃+VC占12%,并有26%Cr₂₃C₆析出,而开发的4Cr3.75MoSiV新型钢中有利于提高热疲劳性能的析出物V₄C₃+VC占31%,未发现Cr₃₃C₆析出物;4Cr5MoSiV钢热疲劳损伤因子3.18×10^-3,连续热疲劳试验表面裂纹比热疲劳损伤因子为1.77×10^-3的新型4Cr3.75MoSiV钢表面裂纹粗大。