硅对铁素体耐热不锈钢组织与性能的影响

 18Cr-Al-Si铁素体耐热不锈钢作为一种结构连接件的新型材料,主要应用于超(超)临界火力发电领域。为了明确硅含量对该钢组织和性能的影响,以18Cr-Al-Si铁素体耐热不锈钢为成分基础,施以添加2组不同成分的硅含量,通过室温拉伸和高温氧化等试验方法,同时借助金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等表征手段,对不同硅含量试验钢组织和性能进行了系统分析。结果表明,硅含量的增加会细化铁素体的晶粒尺寸并增加M₂₃C₆碳化物的数量,试验钢的抗拉强度和屈服强度升高,伸长率下降,断裂方式由韧性断裂向韧-脆混合型断裂方式转变;1.35Si试验钢氧化增重较大,因其钢中析出的M₂₃C₆碳化物较多,减少了固溶于基体及形成氧化膜的Cr含量,降低了其抗高温氧化性。     

21-4N气阀钢模铸坯组织、夹杂物及碳化物解析

21-4N奥氏体气阀钢是制造发动机排气门的关键材料,钢基体组织、夹杂物、碳化物的分布状态,对产品服役寿命有重要影响。本文基于Thermo-Calc 2020b计算了21-4N气阀钢相转变及碳化物析出情况,使用金相腐蚀、金相显微镜、扫描电镜以及扫描电镜自带的能谱仪和X射线衍射(XRD)检测技术对该钢模铸坯夹杂物、组织和碳化物进行解析。研究表明：21-4N气阀钢夹杂物主要是以Cr-Mn-Al-Ti-O为主的氧化物、以Cr-Mn-Al-Ti-O-N为主的氧氮复合夹杂物和以MnS为主的硫化物,夹杂物密度、平均等效直径、面积比例分别为45～61个/mm²、2.9～3.2μm、0.044%～0.061%,夹杂物等效直径集中分布于2～5μm; 21-4N气阀钢晶粒平均直径由边部的76.3μm线性增大到心部的119.2μm,基体组织由奥氏体和碳化物组成,其中碳化物包括沿晶界析出的M₂₃C₆块状碳化物和由γ+M₂₃C₆构成的“类珠光体组织”。从边部至中心,“类珠光体组织”平均等效直径、密度以及面...     

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。     

电渣重熔过程冷却强度对含镁H13钢中碳化物的影响

研究电渣重熔过程冷却强度对含镁H13钢凝固组织和碳化物偏析的影响.采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等分析凝固组织及碳化物的特征.研究发现,钢锭的凝固组织均为马氏体组织、残余奥氏体及一次碳化物.H13钢电渣锭中主要析出的一次碳化物为V₈C₇、MC、M₂₃C₆及M₆C.随着冷却强度增加,电渣锭边部碳化物的尺寸减小且分布更加均匀,但是碳化物的类型不发生变化.电渣重熔过程中冷却强度增加促进钢中镁对夹杂物的变性能力,经过镁变性后生成的MgO·Al₂O₃为TiN的析出提供形核质点,MgO·Al₂O₃和TiN的复合夹杂物能够促进一次碳化物异质形核,从而细化一次碳化物.      

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℃.      

H13模具钢模铸坯夹杂物及碳化物分布解析

H13(4Cr5MoSiV1)钢是目前使用量最大的一种热作模具钢，钢中夹杂物和碳化物是影响性能及服役寿命的关键因素。实验在Thermo-Calc热力学软件分析基础上，采用金相显微镜、扫描电子显微镜、非水溶液电解装置等装备对某厂H13模铸坯中夹杂物、碳化物的分布规律进行解析。研究表明：夹杂物在H13模铸坯边部至中心，等效直径D≤3μm的小尺寸夹杂物逐渐减少，D≥5μm的大尺寸夹杂物逐渐增加，夹杂物的等效直径由2.82μm增大至3.86μm,密度由177个/mm²减少至47个/mm²,面积占比[0.057%,0.098%];夹杂物类型以MnS和Al₂O₃为主，检测结果与计算结果一致；H13碳化物从边部至心部，形态演变规律为：颗粒状、块状、片状、长条状，尺寸从几微米至100μm不等；主要为深灰色富V类MC型碳化物、亮白色富Mo类M₆C型碳化物、浅灰色富Cr类M₂₃C₆型碳化物。     

不同钛含量的钢与Al2O3和MgAl2O4界面润湿行为

高温下钢液中会生成大量的非金属夹杂物,对钢的浇铸工艺和钢产品性能产生不利影响。通过研究高钛钢与夹杂物的界面润湿行为,以期为高钛钢成分设计以及夹杂物的控制研究提供理论依据。以不同钛含量的钢样品以及Al₂O₃和MgAl₂O₄为研究对象,采用改进后的座滴法进行高温润湿试验得到表观接触角;通过电子探针对样品界面的微观形貌和元素进行表征,并结合热力学计算对钢与夹杂物的界面润湿行为进行解释。当钢中钛质量分数分别为0.01%、0.31%和0.68%时,Al₂O₃/钢润湿系统的表观接触角分别为96°、90°和112°,润湿后的样品界面均匀,无新反应相的存在和明显的元素富集。MgAl₂O₄/钢润湿系统的表观接触角分别为113°、106°和130°;低钛含量(w(Ti)=0.01%)时,界面无反应相生成,高钛含量时,界面存在不连续的反应层,为MgS、MgO、Ti₄S₂C₂     

高碳马氏体不锈钢8 Cr13 MoV钢铸态组织及碳化物

利用Thermo-Calc软件对8Cr13MoV马氏体不锈钢的凝固过程进行计算,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射分析仪对铸态组织和碳化物形貌以及类型进行观察与分析,利用Gleeble热模拟试验机测定材料的静态连续冷却转变曲线.结果表明,8Cr13MoV在平衡凝固条件下组织为铁素体和M₂₃C₆型碳化物,而在实际的凝固条件下,组织为铁素体、马氏体、残余奥氏体、M₇C₃型和M₂₃C₆型碳化物,由于偏析导致最终组织中碳化物以M₇C₃型为主,少量M₂₃C₆以薄片或树枝状分布在晶界上.由于较高的C和Cr含量,以0.1℃·s-1的冷却速率冷却时,奥氏体也会发生马氏体转变.      

碳化物对粉末冶金刀具钢断裂机理的影响

通过对M390粉末冶金刀具钢材料进行扫描电子显微组织观察、X射线衍射分析以及原位拉伸试验，研究了M390粉末冶金刀具钢微观组织结构和拉伸断裂行为，并分析了碳化物在粉末冶金刀具钢断裂过程中的作用。研究发现：M390粉末冶金刀具钢的显微组织是由基体和分布在基体上的碳化物两部分组成，其中基体组织为铁素体，碳化物则包括富铬等合金元素的M₇C₃和M₂₃C₆型碳化物，这些碳化物相严重影响M390粉末冶金刀具钢的断裂。随着外加载荷增加，分布在基体上的碳化物相提前开裂，形成裂纹源，裂纹呈现穿过或绕过碳化物的形式扩展，在进一步加载的情况下，裂纹处形成应力集中，导致基体发生脆性断裂。碳化物相成为M390粉末冶金刀具钢断裂过程的薄弱环节。试样断口呈现脆性断裂特征，并包含少量韧窝，且韧窝中存在第二相质点，即碳化物。     

热处理工艺对2Cr12NiMo1W1V叶片钢组织和性能的影响

为了解决2Cr12NiMo1W1V钢短时持久性能低的问题,采用OIM、SEM、TEM等手段研究了不同淬火和回火工艺下超超临界叶片用2Cr12NiMo1W1V马氏体耐热钢的组织、室温力学性能及短时持久性能。结果表明,随着淬火温度的提升,抗拉强度和冲击吸收功略有增加,屈服强度和硬度呈降低趋势,塑性变形不明显,合金的持久性能显著增加。2Cr12NiMo1W1V优化的热处理工艺为1 038℃淬火+675℃回火,合金的强韧性和持久性能较好。微观组织分析表明,提高淬火温度,合金中的大颗粒M23C6的碳化物更多固溶到基体中,并在回火过程中大量析出细小的M23C6相,减少了短时持久过程中裂纹起源,阻碍位错运动,使合金抵抗高温变形的能力增加,改善了合金的持久性能。     

回火温度对COST-FB2转子钢析出相与力学性能的影响

 为了调整COST-FB2转子钢的强韧性,采用OM、SEM和TEM等手段研究了回火温度对COST-FB2转子钢的析出相类型与力学性能的影响。结果表明,随着回火温度由350 ℃升高到750 ℃,试验钢的强度、硬度不断下降,塑性和冲击功上升;试验钢350 ℃和570 ℃回火后的高强低韧性可通过再次在700 ℃回火改善。淬火后COST-FB2转子钢中的残余奥氏体,可通过在570 ℃回火消除;在350 ℃和570 ℃回火后马氏体板条内部有大量针状的M₃C,700 ℃回火后的显微组织中M₃C消失,M₂₃C₆在原奥氏体晶界和马氏体板条界上析出,750 ℃回火后晶界上的M₂₃C₆有聚集粗化的现象,部分马氏体板条存在回复现象。     

新型奥氏体耐热钢C-HRA-5原位拉伸断裂机理

 断裂机理是材料力学性能研究的主要方向之一。为了阐明C-HRA-5钢单轴拉伸断裂机理,通过原位SEM观察拉伸全过程,对该耐热钢内部微裂纹萌生—扩展—断裂进行了深入分析。结果表明,C-HRA-5钢在室温和700 ℃下都表现出典型的韧性断裂特征。材料断裂主要受到M₂₃C₆相和MX相的影响,微裂纹由M₂₃C₆相聚集的三叉晶界处萌生。室温时,微裂纹与晶内MX相处裂纹相连,形成穿晶裂纹;高温时,微裂纹在剪应力的作用下形成局部穿晶裂纹,导致材料最终失效。     

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.      

高氮不锈轴承钢碳化物分布与高温断裂机制

 通过高温拉伸试验研究高氮不锈轴承钢高温断裂行为,探究了170 ℃和470 ℃回火态钢中碳化物分布特征,分析了高温拉伸断裂及组织演变和碳化物分布规律。研究发现,回火温度从170 ℃升高至470 ℃,高氮钢中大于0.8 μm的碳化物明显增加,高氮钢中M₂₃C₆强化增量提高了2.59 MPa,固溶强化增量下降了118.82 MPa,470 ℃回火态钢的室温抗拉强度降低、拉伸断口表现为准解理和少量撕裂韧窝;拉伸温度升高至300 ℃,试样断口表现为等轴型韧窝特征,170 ℃和470 ℃回火态试样起裂源断裂碳化物尺寸分别为2.8~3.6 μm和5.5~6.7 μm;450 ℃拉伸断口表现为塑孔韧窝特征,170 ℃和470 ℃回火态试样起裂源断裂碳化物尺寸分别为2.7~3.4 μm和5.8~6.4 μm。拉伸温度从300 ℃提高至450 ℃,钢的固溶强化和位错强化作用减弱,金属原子间结合能下降,碳化物与基体不连续应力分布加剧变形不协调性,碳化物承担较高应力而发生断裂。单纯热作用下钢中0.5~0.8 μm尺寸碳化物数量比例增加;在热力耦合作用下,钢中应力所导致的位错增殖为碳元素扩散提供通道,钢中碳化物在晶界和位错线上形核析出0.2~0.8 μm碳化物。裂纹沿着与拉伸方向45°角的最大剪力方向快速扩展而断裂,最终形成锯齿状的断口,小尺寸碳化物增多阻碍位错滑移导致塑性降低;钢中大尺寸碳化物不均匀分布在碳化物间形成大变形塑孔而增加钢的塑性。     

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。     

多向锻造对M50钢一次碳化物破碎机制的影响

在1 000 ℃和1 100 ℃对M50钢进行了累积应变分别为1.2和5.4的多向锻造(MDF)试验,分析了温度和累积应变量对M50钢碳化物破碎的影响。结果表明,原始M50钢中粗大的棒状一次M₂C型碳化物经多向锻造后破碎明显,颗粒状M₂₃C₆型碳化物在1 100 ℃下明显溶解,低温多向锻造使碳化物呈现更细小的尺寸和更分散的形态。锻件不同位置由于变形程度的不同,碳化物的破碎程度也不同,变形量大的位置碳化物破碎更明显。低温和高应变量强化了应力集中水平,使一次碳化物的破碎程度增加。应力集中是碳化物破碎和分散的主导驱动力。     

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。