Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb合金高温渗碳浓度场的数值模拟

以Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb炉管钢为研究对象,以菲克第二定律和"平衡常数法"为理论基础,采用有限差分数值方法,实现了这两种高Cr-Ni裂解炉管材料高温渗碳时碳的扩散和碳化物析出的模拟,给出了渗层的总碳含量、基体中的碳含量、基体中合金元素含量在不同渗碳时间沿壁厚的分布.在1000℃对两种材料进行了固体渗碳实验,分析比较了高温下两种材料的渗碳动力学规律.结果表明,浓度场模拟结果与实验测量值吻合较好.从渗碳增重曲线和浓度场模拟结果可以看出,Cr35Ni45Nb钢的抗渗碳能力强于Cr25Ni35Nb钢.     

真空渗碳处理对Cr35Ni45Nb合金高温持久寿命的影响

采用真空渗碳方式对服役2.5年的乙烯裂解炉管钢Cr35Ni45Nb进行了加速渗碳处理,并进行了一系列的高温(1080℃)持久试验;分析了合金在接近实际服役温度下的渗碳特性和持久试验中合金内氧化与蠕变交互作用所引起的材料组织转变、空洞萌生及裂纹形核扩展等规律,重点讨论了渗碳对于合金高温持久寿命的影响机理。结果表明:在高温应力及渗碳因素的叠加条件下,Cr35Ni45Nb炉管近表面碳化物-基体相界面发生内氧化,造成低应力下较易形成空洞和裂纹,而且,裂纹更容易在柱状晶区枝晶间萌生扩展。渗碳时间越久,渗碳层深度越大,Cr35Ni45Nb钢炉管的持久寿命越长。主要原因在于,渗碳造成枝晶间或晶界碳化物增多,降低了合金的蠕变速率,延长了持久寿命;同时,渗碳过程形成的相当于合金内部摩擦力的渗碳应力也部分抵消了外部应力的作用。此外,尽管渗碳强化Cr35Ni45Nb耐热钢,但降低了其高温塑性,同时也会与服役环境下温差热应力及热疲劳损伤等发生交互作用,导致实际服役炉管的早期失效。     

服役态Cr35Ni45Nb合金高温真空渗碳行为及相演化机理研究

采用乙炔真空渗碳方式对服役6 a的乙烯裂解炉管合金Cr35Ni45Nb进行了加速渗碳处理,并利用SEM,XRD及定量电子探针等手段对渗碳前后炉管内壁的渗碳行为及相演化机理进行系统研究.结果表明,炉管内表面形成了较厚的Cr2O3/Si O2复合氧化层.复合氧化层表现出良好的抗腐蚀能力,是阻止C渗入炉管内部的有效障碍.材料的抗渗碳能力主要取决于表层Cr2O3的连续性、致密性和亚表层Si O2的稳定性.在低氧分压且具有还原性的气氛中,表层的Cr2O3层逐渐碳化为Cr3C2,并且Cr3C2逐渐剥离和脱落,使得保护性Cr2O3膜的抗渗碳能力逐渐减弱甚至消失.亚表层的Si O2虽具有优良的热力学稳定性,但Si较低的活度使得Si O2层不够连续,仍有部分C从氧化层空隙间渗入.当移除该复合氧化层或者渗碳时间足够长使得复合氧化层抗渗碳能力急剧减弱时,炉管材料内部由于发生严重的内部渗碳使得组织结构发生了显著变化:枝晶间碳化物严重合并和粗化,并原位发生由M23C6到M7C3的转变,同时在碳化物内部析出类似于离异共析状的蠕虫状g相.距表面越近,C活度越高,导致在约0.5 mm深的范围内发生以大量石墨析出为特征的金属尘化现象.碳化物的严重合并粗化以及金属尘化现象会造成炉管组织的严重弱化、宏观裂纹的产生以及炉管服役寿命的降低.     

Cr35Ni45Nb钢铝硅共渗涂层抗渗碳性能研究

对乙烯裂解炉管材料Cr35Ni45Nb钢进行铝硅共渗处理。对处理后试样进行观察分析,渗层由渗剂残留组成的粘附层、互扩散层和连续白亮的渗层组成共渗。处理后基体硬度没有变化。对未进行铝硅共渗处理的试样渗碳处理,发现试样出现约40μm渗碳层,基体分布着碳化物颗粒。而铝硅共渗处理后的试样渗碳后,碳化物颗粒均分布在渗层,渗碳层硬度约为20μm,基体内无碳化物颗粒。因此铝硅共渗处理提升了材料的抗渗碳能力。     

Nb对ZG35Cr25Ni12性能的影响

研究了铌对ZG35Cr25Ni12的热疲劳性能的影响,并对裂纹的扩展进行了分析,结果表明:适量的铌可以明显降低耐热钢在20～900℃循环条件下裂纹扩展速率.     

组织损伤对Cr35Ni45Nb钢蠕变持久寿命的影响

以Cr35Ni45Nb合金钢为对象进行一系列高温蠕变持久试验,并采用SEM、EDS等对试样外表面、横截面及断口进行了观察分析。结果表明,蠕变过程中Cr35Ni45Nb的氧化腐蚀对持久寿命的影响较大,它主要取决于表面氧化膜破裂-自修复和内氧化两种行为的耦合过程;当氧化膜失去保护作用后,严重的内氧化过程将逐渐向心部扩展,使得晶界强度急剧弱化,材料的有效承载面积减小,从而加速材料的蠕变进程。另外,高温应力环境下Cr35Ni45Nb钢中会同时发生一次碳化物聚合粗化、析出相粒子数目减少、内氧化等化学损伤,以及蠕变空洞的形核长大甚至裂纹的形成等机械应力损伤,这两种损伤相互促进,导致炉管材料组织及力学性能弱化,持久寿命降低,Larson-Miller参数法外推的持久寿命发生一定程度的偏离。     

Ni—Nb及Ni—Nb—Cr合金激光非晶化及其耐腐蚀性能的研究

用1.91kW连续CO_2激光得到了部分非晶态,用4.5kW及4.9kW得到了单道纯非晶及多道搭接成片部分晶化非晶涂层。所得动电位极化曲线表明,非晶态Ni_(60)Nb_(40)的耐腐蚀性远优于晶态的Ni_(60)Nb_(40),在Ni-Nb中加Cr所得非晶涂层其耐腐蚀性有很大提高,且优于18-8不锈钢。     

18Cr2Ni4W齿轮渗碳浓度场的数值模拟

通过对18Cr2Ni4W齿轮渗碳工艺的计算机模拟,得到表层碳浓度的分布规律以及渗碳层的深度,并与实际生产结果进行比较,二者虽有差距,但仍在合理的范围内.     

Cr18Ni30Mo2Al3Nb合金的高温抗氧化性能

采用称重法测得Cr18Ni30Mo2Al3Nb合金在不同温度下的高温氧化动力学曲线。结果表明,该合金的氧化曲线遵循抛物线氧化规律,具有优良的抗氧化性能。利用扫描电镜、X射线衍射的方法对氧化膜表面形貌及结构进行研究,该合金在3个温度下氧化膜完整致密,700℃氧化膜主要由Fe和Cr的混合氧化物(Fe0.6Cr0.4)2O3和少量Al的氧化物组成;800℃氧化膜主要是Al和Cr的混合氧化物(Al0.9Cr0.1)2O3和少量Al2O3及少量Fe的氧化物;900℃氧化膜主要是(Al0.9Cr0.1)2O3和Al的氧化物,还含有少量Fe(Cr,Al)2O4和MnFe2O4。     

Cr对Mo-45Ni真空钎焊TZM合金接头性能的影响

根据实际工程需求,开发了能在1 300 ℃下服役的TZM合金专用钎料,并测试了该钎料在TZM合金表面的润湿性能,引入“基准润湿面积”的概念判断该钎料的润湿性,并探讨了钎料中Cr元素对钎料润湿性能、抗剪强度的影响规律. 分析了钎焊接头的强化机理,探明了接头的抗剪强度随着Cr元素的加入先变大后变小,可为实际工程应用提供重要参考. 结果表明,当钎料中Cr元素含量为3%(质量分数)时,钎料的润湿性最好,接头的抗剪强度达到135 MPa的最高值.     

炉管材料ZG40Ni35Cr25Nb过早失效的原因分析

某石化公司制氢转化炉炉管在运行不到40 000 h后突然破裂起火,在经过宏观检测、表面探伤、力学性能测试,能谱、金相、电镜、X射线、应力等分析后得出结论:由于炉管材料晶界碳化物过多以及疏松空洞的存在削弱了韧性,产生了较多的微观裂纹,加上管外保温材料中存在较多的Na 、Cl-、K 、Mg2 、Ca2 ,便在下猪尾管到下支耳之间的应力较大部位,发生应力腐蚀开裂,58号炉管首先开裂泄漏起火,其它炉管在外部火焰烘烤下短时高温损伤,并变形鼓包直至开裂,这是失效的主要原因和过程.针对失效原因提出了今后使用过程中应采取的防护措施.     

Ni—Cr—Mo—Nb合金的阴极溅射行为

研究了双层辉光放电条件下镍基合金Inconel625的阴极溅射行为,结果表明：多组元镍基合金由于各组元溅射率不同,产生择优溅射现象。Mo,Nb等低溅射率元素在阴极表面富集,Ni,Cr等高溅射率元素在阴极表面贫化,使阴极表面发生相变,形成含Mo,Nb奋斗高的金属间化合物析出相P相和Laves相,随着阴极溅射电压的增加,阴极合金元素溅射率增加;并且随着阴极温度升高,阴极溅射率也随之增加。     

HK4M与25Cr－35Ni－Nb异种钢的焊接

通过理论分析和焊接性能试验研究，总结出了高合金钢ＨＫ_４Ｍ与２５Ｃｒ－３５Ｎｉ－Ｎｂ异种钢选用镍铬铁基焊材（Ｉｎｃｏｎａｌ６１７）进行焊接的焊接工艺措施及工艺规范参数，成功地解决了毫秒炉辐射管与Ｙ件焊接中的难题，节省了大量外汇。     

HK4M与25Cr—35Ni—Nb异种钢的焊接

通过理论分析和焊接性能试验研究，总结出了高合金钢ＨＫ４Ｍ与２５Ｃｒ－３５Ｎｉ－Ｎｂ异种钢选用镍铬铁基焊材（Ｉｎｃｏｎａｌ６１７）进行焊接的焊接工艺措施及工艺规范参数，成功地解决了毫秒炉辐射管与Ｙ件焊接中的难题，节省了大量外汇。     

时效温度对Ti-45Nb合金组织与性能的影响

研究了不同时效温度对Ti-45Nb合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明：随着时效温度的提高,Ti-45Nb合金基本上未发现析出第二相,呈单一等轴状的β相组织;其抗拉强度、屈服强度和剪切强度先增加后减小,显微组织及拉伸塑性的变化不很明显;当时效温度为300 ℃时,合金获得了较理想的塑性以及拉伸强度与剪切强度的良好综合力学性能。     

电弧熔炼态Laves相Cr2Nb/Cr合金的微观组织演变

采用真空非自耗电弧熔炼法制备了Cr-12％Nb(原子分数,下同)和Cr-20％Nb 2种成分合金的纽扣锭,利用XRD,OM,SEM和EDS对电弧熔炼态纽扣锭不同位置的组织及其竞争生长进行了研究.结果表明：Cr-12％Nb合金纽扣锭底部为细小的离异共晶,中部和顶部则由粗大的初生Cr相和共晶组织(Cr2Nb+Cr)组成.而...     

Nb含量对Cr20Ni80合金组织和力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)和电子探针分析(EPMA),研究了0、0.3%、0.5%和1%的Nb含量的Cr20Ni80电热合金的微观组织和成分,并用拉伸试验机和扫描电镜(SEM)研究了不同Nb含量的Cr20Ni80电热合金的拉伸性能、断口微观组织特征及其断裂机制。结果表明,添加Nb明显使Cr20Ni80合金组织等轴晶增多,细化了晶粒组织,且Nb富集于晶界。Cr20Ni80合金室温断口属于塑性断裂,室温抗拉强度与屈服强度随Nb含量的增加而提高,由不含Nb时的515 MPa和265 MPa增加为含1%Nb合金的572 MPa和346 MPa;但合金的室温断后伸长率却随Nb的上升而下降,由不含Nb时的56.5%降为Nb含量为1%时的49%。     

微合金Ti元素对35Cr45NiNb合金炉管组织与力学性能影响

采用离心铸造35Cr45Ni Nb合金乙烯裂解炉管,研究了添加0.011%~0.204%微量Ti对其组织及力学性能的影响。结果表明,对于35Cr45Ni Nb合金炉管材料,微合金化元素Ti的添加显著影响炉管微观组织和高温持久性能。当含量0.011%Ti时,无含Ti碳化物析出;当含量为0.101%Ti时,(Nb Ti)C以颗粒状在奥氏体晶界析出。从室温拉伸和高温持久试验结果综合来看,Ti含量为0.08%~0.12%时,35Cr45Ni Nb合金裂解炉管具有较好的室温和高温持久性能。     

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。     

Cr20Ni35合金的晶粒尺寸对电阻率的影响

通过拉伸变形和再结晶退火改变Cr20Ni35合金的晶粒尺寸,研究晶粒尺寸对Cr20Ni35合金电阻率的影响。结果表明,Cr20Ni35合金经过拉伸变形后,随着伸长率的增加其电阻率出现递减的趋势,此时晶粒尺寸呈现递增的趋势;随后经过退火后,其电阻率值又重新升高,分析观察其金相组织,晶粒尺寸越小,电阻率越大。