奥氏体不锈钢中σ相析出及其对性能影响的研究进展

针对用于ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)的316L(N)型奥氏体不锈钢,研究分析了其中形成的σ相的特征、相形成过程、检测方法以及对性能的影响,以加深基础研究工作者和工程技术人员对σ相的了解,促进316L(N)生产工艺的完善和产品质量的进一步提高。结合相关研究的最新进展,展望了今后的研究及发展趋势。     

σ相析出对不锈钢力学性能的影响概述

σ相是不锈钢中常见的一种硬而脆的金属间相,它可在铸造、轧制、热处理以及焊接等过程中析出,显著影响不锈钢的力学性能.从冲击韧性、塑性、拉伸强度、高温蠕变以及耐磨性等方面综述了国内外关于σ相对不锈钢力学性能影响研究的状况,分析了σ相的影响机制,并提出了目前研究中存在的一些问题以及将来可能的研究方向.     

返回料的返回次数对K424合金成分和性能的影响

镍基铸造高温合金K424使用量多,返回料数量大.根据浇注某大型结构件的材料使用情况,研究了用新料和1～4次返回料对冶炼出的合金的化学成分、氧、氮含量、合金纯净度、力学性能和冷热疲劳性能的影响.结果表明:随着返回料返回次数的增加,冶炼出的合金硼、锆的含量略有下降,铈含量的变化较大,比加入量下降70%以上,合金的氧、氮含量增加,纯净度和冷热疲劳性能降低.采取一定的除气工艺,可以有效降低合金的氧、氮含量,提高合金的纯净度,改善它的冷热疲劳性能.     

2205双相不锈钢中σ相的析出规律

研究了2205双相不锈钢中σ相的析出规律及原始组织对析出规律的影响.分别对铸态试样和热轧态试样进行了不同工艺条件的固溶处理实验,并对实验后试样进行了显微组织的观察和分析.结果表明,2205双相不锈钢中σ相析出的鼻尖温度为850℃;变形会使σ相的析出温度升高,孕育期缩短,析出速度增大;工业生产2205双相不锈钢热轧卷板时轧件终轧后应采用较快冷却速度冷却到卷取温度,以避免σ相的析出给热轧卷板开卷及后续工序带来困难.     

K424高温合金凝固特征及冷却速度对其影响规律

采用等温凝固实验、差示扫描量热仪(DSC)研究了K424合金的凝固行为以及冷却速度对其影响.利用光学显微镜、扫描电镜以及能谱分析仪分析了合金在不同温度等温凝固、不同冷却速度下的微观组织以及凝固后期的元素的偏析行为,确定K424合金的固相线、液相线和主要相的析出温度等凝固特性以及冷却速度对γ'相、MC碳化物以及共晶组织的影响规律.研究结果表明:K424合金的凝固顺序为:1345℃,γ相从液相析出,随后在1308℃析出MC型碳化物,在非平衡凝固条件下,共晶组织在1260℃析出,1237℃,凝固结束;共晶组织的形成与凝固末期Al、Ti元素的偏析行为以及冷却速度密切相关;随着冷却速度的增加,MC和共晶组织尺寸及数量均呈现先增大后减小的趋势;γ'相形貌从花瓣形状向规则立方及球形转变,尺寸也从2 μm减小至60 nm.     

K4208高温合金中析出相的表征

K4208高温合金中W、Mo含量比较高,通常会形成碳化物和金属间相。为了对K4208高温合金中析出相做定性定量分析,通过实验选择了合适的电解条件:电解液为10g/L氯化锂-40g/L磺基水杨酸-5%(V/V)甘油甲醇溶液,电流密度为0.04～0.06A/cm²,电解温度为0～-5℃。采用电解萃取方法将析出相从合金基体中分离,研究了析出相的分离方法,将碳化物溶解,得到了单独新相。通过X射线衍射(XRD)测定了析出相的点阵常数,用X射线小角散射法测定析出相的粒度分布。采用扫描电镜(SEM)研究了析出相的形貌和元素组成,用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定了析出相中各元素含量及析出相总量。结果表明:电解条件对析出相的萃取量影响明显,K4208高温合金中有新相、γ′、M₆C和M₁₂C这4种析出相。新相的稳定性比较高,不溶于6%(V/V)H₂SO₄-20%(V/V)H₂O₂溶液和20%(V/V)HCl乙醇溶液,在50%(V/V...     

K4208高温合金中析出相的表征

K4208高温合金中W、Mo含量比较高,通常会形成碳化物和金属间相。为了对K4208高温合金中析出相做定性定量分析,通过实验选择了合适的电解条件:电解液为10g/L氯化锂-40g/L磺基水杨酸-5%(V/V)甘油甲醇溶液,电流密度为0.04~0.06A/cm²,电解温度为0~-5℃。采用电解萃取方法将析出相从合金基体中分离,研究了析出相的分离方法,将碳化物溶解,得到了单独新相。通过X射线衍射(XRD)测定了析出相的点阵常数,用X射线小角散射法测定析出相的粒度分布。采用扫描电镜(SEM)研究了析出相的形貌和元素组成,用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定了析出相中各元素含量及析出相总量。结果表明:电解条件对析出相的萃取量影响明显,K4208高温合金中有新相、γ′、M₆C和M₁₂C这4种析出相。新相的稳定性比较高,不溶于6%(V/V)H₂SO₄-20%(V/V)H₂O₂溶液和20%(V/V)HCl乙醇溶液,在50%(V/V)H₂SO₄中部分溶解。M₆C和M₁₂C相呈块状,粒径相对较小,混合相的平均粒径为170.7nm;新相呈片状,颗粒粗大,平均粒径为216.6nm。     

S对铸造高温合金K417G凝固行为的影响

在1 340～1 230℃采用等温凝固实验,研究了w[S]分别为0.000 1%、0.001 8%和0.003 7%对K417G合金凝固特性的影响。结果表明,S降低合金的固相线温度,扩大固液两相区,当w[S]从0.000 1%增加到0.003 7%时,合金的固相线温度由1 255℃降低至1 245℃。在凝固过程中S元素偏析于液相,并在终凝区析出Y相,且S促进Al、Cr元素在固液界面处的富集。在相同等温温度下,S元素对MC碳化物和γ+γ’共晶的析出温度与形貌无明显影响,但S含量的增加促使MC碳化物、γ+γ’共晶和Y相数量的增加,且Y相的析出温度从1 230℃提升至1 240℃。     

S32205双相不锈钢中σ相的析出及其对力学性能的影响

对S32205双相不锈钢在850℃进行时效处理,采用光镜、扫描电镜、能谱仪、硬度和拉伸测试等手段研究了σ相的析出规律及其对力学性能的影响。结果表明:时效15 min后σ相开始沿γ/α或α/α晶界析出,并向铁素体一侧长大,其析出反应为铁素体发生转变形成σ相和γ2相;时效时间延长,σ相的析出量增加,时效240 min后σ相的含量达到18%,并导致双相不锈钢的硬度明显增加、强度略有提高,而塑性显著下降;拉伸断口的断裂类型由典型的韧性断裂向以准解理断裂为特征的脆性断裂转变。     

铸造工艺对K423A合金力学性能的影响

 系统地研究了浇注温度和模壳温度对铸造高温合金K423A室温拉伸性能和850 ℃/325 MPa下持久性能的影响。研究结果表明：浇注温度和模壳温度对铸造高温合金K423A的力学性能有较大的影响。当浇注温度为1 380 ℃、模壳温度为850 ℃~1 050 ℃以及浇注温度为1 440 ℃、模壳温度为850 ℃时,合金的室温拉伸性能和高温持久性能均较好,合金具有最佳的综合力学性能。当浇注温度和模壳温度为其余几种组合时,合金的力学性能有不同程度的下降。当浇注温度为1 440 ℃~1 500 ℃、模壳温度为1 050 ℃以及浇注温度为1 440 ℃、模壳温度为950 ℃时,合金的力学性能较差,在生产中应避免采用。     

Fe20Cr9Ni铸造奥氏体不锈钢中σ相的析出动力学

采用EPMA、XRD、TEM等手段分析了压水堆核电站主管道用Fe20Cr9Ni铸造奥氏体不锈钢中σ相的成分和结构,通过等温时效处理、金相组织分析,研究了σ相析出动力学,获得了σ相析出的时间-温度-转变(TTT)曲线及JMA析出动力学方程.研究结果表明:Fe20Cr9Ni中σ相析出的温度范围为600～840℃,750℃时σ相析出动力学最快,600～750℃时σ相的析出量计算值与实验值符合得较好.σ相形成激活能为149kJ/mol,接近Cr在铁素体中的扩散激活能值,其过程主要受Cr扩散控制.Fe20Cr9Ni铸造奥氏体不锈钢中σ相析出特征主要由其特殊的合金成分和组织结构决定.     

热处理工艺对U720LI合金中γ''''相析出的影响

研究了连续冷却过程中的中断淬火和时效处理对于U720LI高温合金中γ'相析出规律的影响.结果表明,该合金自1175℃快冷(800℃/min)至室温时,组织中仍有非常细小的一次γ'相析出;而当合金自1175℃缓慢冷却(55℃/min)至1010℃以下温度再中断快冷至室温时,合金中会发生多次析出,形成不同尺寸的γ'相.对于快冷试样,时效后发现有更细小的γ'相析出,析出相的平均尺寸将减小;而对于先缓冷再中断快冷的试样,时效后没有明显的细小γ'相析出,析出相的平均尺寸将增大.     

K423A铸造高温合金的固溶处理

研究了固溶处理,特别是固溶处理时的冷却速度对K423A合金组织和性能的影响.固溶处理温度为1 190℃,冷却速度分别为4℃/min,10℃/min,20℃/min,40℃/min、76℃/min和空冷.结果表明,采用固溶处理工艺可基本消除该合金的枝晶凝固偏析,使γ颗粒析出均匀,从而改善塑韧性.随着固溶处理冷却速度的提高,γ颗粒得到细化.     

冷却速率对2507超级双相不锈钢σ相析出的影响

采用Gleeble 3500-GTC对Φ10 mm 2507超级双相不锈钢(/%:0.017C,6.22Ni, 25.73Cr, 3.39Mo, 0.27N)进行1340℃至室温以冷速1～500℃/min连续冷却实验,并通过EPMA(电子探针)、EBSD(电子背散射衍射)和热力学计算分析冷却速率对超级双相不锈钢σ相析出的影响。结果表明：2507超级双相不锈钢在1℃/min的冷却速率下,组织中存在σ相,σ相的面积百分比为2.67%。当冷却速率≥10℃/min,组织只有奥氏体和铁素体两相组成。热力学计算结果表明,冷却速率越小,σ相析出越容易。     

GH118合金中б相的析出与控制

本文研究了难变形GH118合金中σ相的析出、溶解规律以及合金元素、合金平均电子空位数对σ相析出的影响及控制。结果指出σ相以针状或魏氏体组织析出,与基体有严格的位向关系。其析出温度范围为750～950℃,850～880℃为析出峰。1000℃保温1～3 h,σ相可以全部溶解。 主要合金元素Cr、Co、Al、Ti、Mo和C对σ相析出有不同程度的影响,其中以Al、Ti和Cr的影响为最大。合金的平均电子空位数综合了各元素的复杂影响。试验结果指出,在σ相开始析出时间与合金平均电子空位数之间存在如下对数函数关系:     

HGH104合金中析出相的研究

本文通过对本合金中四种不同热处理状态下的析出相进行了定性和定量分析试验,选择出提取高温合金中析出相的最佳电解制度。     

GH903合金中析出物的相分析

本文介绍了Incoloy 903(GH903)合金中析出物的类型和X-射线衍射的标准d值,制定了该合金析出物的提取和定量相分析方法.讨论了该合金的相分析结果.     

C含量对GH4199合金性能和析出相的影响

为了了解C含量对GH4199合金性能和析出相的影响，合理控制C含量，材料所专题人员对其进行了研究。     

时效处理对GH648合金析出相和力学性能的影响

通过分析GH648合金时效处理后的相组成,研究不同时效处理温度对GH648合金组织和力学性能的影响,探讨了γ',及α-Cr相对合金性能的影响.结果表明,随着时效温度的提高,α-Cr相的析出量增加,γ'相的析出量减少,大多数α-Cr相呈针状分布在晶内,而且合金的室温拉伸塑性和冲击韧性随α-Cr相析出量的增加明显降低.