C和Nb含量对TP347HFG钢在650℃析出相参量和持久寿命的影响

研究了C和Nb含量对TP347HFG钢在650℃析出相参量（成分、体积分数和尺寸）和持久寿命的影响.对ASME成分范围内的2种不同C和Nb含量的TP347HFG钢在650℃,230和150 MPa条件下进行持久实验,持久寿命分别为199,420 h和2426,8837 h,其中C含量较低Nb含量较高的样品持久寿命较长.对持久管样的EPMA-EDS+MPSM和TEM-EDS分析表明,较低的C含量和较高的Nb含量对应较少的M₂₃C6和较多的MX,并阻碍了M₂₃C₆的聚集粗化,同时基体中可保留较多的Cr,有利于延长持久寿命.此外,运用热力学软件Thermo-Calc分析了在500—1300℃范围内C和Nb组合含量的变化对各相成分和体积分数的影响,与实验结果相吻合.     

C-HRA-3耐热合金850 ℃持久性能及组织特征

研究了C-HRA-3耐热合金在850 ℃持久试验过程的碳化物特征。结果表明:当持久应力为120 MPa时,持久寿命为37.8 h,主要析出相包括M₂₃C₆相和Ti(C, N)相,高应力状态下,M₂₃C₆相沿变形带析出。当持久应力为80 MPa时,持久寿命延长至491 h,晶界处M₂₃C₆相部分回溶,导致晶界特征不明显,同时细小M₂₃C₆相重新析出,晶内析出的Ti(C, N)相尺寸增加。不同应力下试样的断裂方式均为沿晶断裂,裂纹源优先在尺寸较大的析出相(M₂₃C₆和Ti(C, N))周围萌生,导致伸长率随持久寿命延长而减小。     

时效时间对S30432钢组织的影响

利用扫描电镜、透射电镜研究了S30432钢在650 ℃不同时效时间处理后的微观组织演变。结果表明,未经时效的S30432钢组织为均匀奥氏体,晶内有很多未溶的大片状一次Nb（C,N）和细小的二次Nb（C,N）,M₂₃C₆型合金碳化物极少;300 h时效后组织出现明显回复过程,有少量的富铜相和M₂₃C₆型碳化物的析出;时效1000 h后,富铜相和M₂₃C₆碳化物数量急剧增加,M₂₃C₆颗粒逐渐长大并呈链状分布。随时效时间延长,孪晶逐渐消失。TEM照片显示,随着时效时间的延长,富铜相颗粒长大,并和M₂₃C₆相、孪晶一起阻碍位错运动,提高了S30432钢的高温性能。     

P91钢焊缝650 ℃时效黑线缺陷分析

将P91钢焊缝在650 ℃分别时效210、1000、3000和5000 h,采用扫描电镜-X射线能谱分析(SEM-EDS)和复相分离技术(MPST)研究了焊缝黑线/正常组织区域的合金元素(Cr、Mo)的分布变化以及M₂₃C₆体积分数变化。结果表明,焊缝黑线缺陷区域组织由δ-铁素体和周边析出相M₂₃C₆组成,黑线组织上有显微裂纹和显微孔洞;黑线组织区域的Cr_eq较大,促进了δ-铁素体的生成;随着时效时间的延长,黑线组织区域基体中贫Cr较正常区域严重,M₂₃C₆相所占体积分数更多,且颗粒更易粗化。     

稳定化处理对347H不锈钢第二相及性能的影响

通过JMatPro软件对347H不锈钢相图进行模拟,并结合生产工艺分析其稳定化温度对第二相、力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明:347H钢凝固过程中第二相主要为NbN、Nb(C,N)、M₂₃C₆、σ相和Z相。1140 ℃固溶后的第二相主要为Nb(C, N)和少量NbN、M₂₃C₆,相尺寸约为0.5 μm。经800~1000 ℃稳定化退火处理后,晶粒尺寸随稳定化温度的增加变化较小,晶粒度为7.5级,第二相随稳定化温度的升高,尺寸显著长大到5 μm以上,经EDS分析表明,数量增加和长大的第二相主要为NbC。800 ℃和850 ℃稳定化退火后347H钢的屈服强度较高,抗拉强度随稳定化温度的升高变化不大。稳定化退火后347H钢的腐蚀速率较固溶态的腐蚀速率低,稳定化退火提升了347H钢的耐晶间腐蚀性能。     

G115马氏体耐热钢平衡析出相的热力学计算和分析

为了制备超10 t级G115马氏体耐热钢的大型铸件,需科学评估合金元素对析出行为的影响。采用Thermo-Calc软件的TCFe9数据库对G115马氏体耐热钢的平衡析出相进行热力学模拟计算,研究了主元素对G115钢平衡态析出相类型、析出量和析出温度的影响。计算结果表明:G115马氏体耐热钢在650 ℃下的析出相主要有MX相(FCC-A1#2:NbC)、M₂₃C₆、Laves相和富Cu相。其中NbC的析出温度为1148 ℃,M₂₃C₆的析出温度为871 ℃,Laves相的析出温度为811 ℃,富Cu相的析出温度为734 ℃。其中C和Cr对M₂₃C₆的析出有影响,C和Nb对NbC的析出有影响,W对Laves相的析出有影响,B对各相的析出均无明显影响。     

蠕变过程中P91钢晶界析出相的变化行为

对600℃和650℃蠕变持久断裂试验过程中P91钢组织演变及晶界析出相的变化规律进行了研究。结果表明，在蠕变过程中，P91钢马氏体板条组织随蠕变断裂时间增加逐渐趋于分散，晶界析出相的数量及尺寸增加。晶界上的析出相主要为M₂₃C₆相和Laves(Fe₂Mo)相，Laves相的形核点主要位于晶界上M₂₃C₆相界面处，晶界上的M₂₃C₆相与基体相比具有更高含量的Mo,为Laves相的形成和粗化提供了有利条件，同时晶界上偏聚的Si增加了钢的自扩散系数，促进了Laves相的形成，也使得Laves相的粗化速率较M₂₃C₆相更高。在蠕变过程中P91钢的硬度随断裂时间的延长呈下降趋势，且试验温度越高硬度下降越明显。     

Y12Cr18Ni9Cu易切削钢的平衡凝固相变与MnS析出行为

采用Thermo-Calc热力学软件对Y12Cr18Ni9Cu易切削钢在500～1800℃的析出相进行了热力学计算并得到了平衡凝固相变路径图。结果表明,Y12Cr18Ni9Cu易切削钢的平衡相主要有MnS、液相、δ-铁素体、奥氏体、M₂₃C₆、M₂(C,N)、σ相。平衡凝固和冷却相变路径：液相→液相+MnS→液相+δ-铁素体+MnS→液相+δ-铁素体+MnS+奥氏体→δ-铁素体+MnS+奥氏体→MnS+奥氏体→MnS+M₂₃C₆+奥氏体→MnS+M₂₃C₆+奥氏体+M₂(C, N)→MnS+M₂₃C₆+σ相+奥氏体+M₂(C, N)。随着S含量增加,MnS的析出量逐渐增加,析出温度也逐渐升高,Mn含量变化对MnS相的析出量几乎没有影响,但Mn含量增加会使MnS析出温度升高。Y12Cr18Ni9Cu易切削钢中的硫化物呈球形、椭球形、纺锤形或短棒状并以...     

Cr含量对55SiCr钢热力学平衡相的影响

利用Thermo-Calc热力学计算软件模拟计算0.6wt%～2.0wt%Cr含量55SiCr弹簧钢相图和在25 ℃、100 ℃时的平衡相类型及含量,分析了Cr含量对55SiCr钢脱碳性能的影响。结果表明,55SiCr钢在25 ℃和100 ℃下平衡相都为铁素体、石墨碳、M₃C₂和M₇C₃碳化物,且随着Cr含量的升高,石墨碳降低,M₃C₂总量升高,提高Cr含量对于提高55SiCr钢性能和控制脱碳都有利。     

超高合金粉末钢热处理过程中碳化物的演变对其耐蚀性能的影响

使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、Image-J图像处理软件等研究了轧制态超高合金粉末钢在热处理过程中不同阶段的碳化物演变行为。结果表明：轧制态超高合金粉末钢的组织主要由铁素体、马氏体基体和M₂₃C₆、M₇C₃及MC 3种类型碳化物组成。随着热处理的进行,碳化物的平均尺寸和最大尺寸以及团聚状碳化物的数量呈现出先降低-后增加-再降低-再增加的变化趋势,碳化物的数量则表现为先降低-后增加-再降低的变化趋势;M₂₃C₆型碳化物随着热处理温度的升高其含量逐渐减少,在1000℃等温3 h后,M₂₃C₆型碳化物大部分分解回溶,在降温阶段该型碳化物再次析出;在整个热处理过程中MC型碳化物几乎没有发生变化,M₇C₃型碳化物没有发生向M₂₃C₆型碳化物的转变;随着热处理的进行,超高合金粉末钢耐蚀性表现为先升高-后降低-再升高-再降低...     

固溶处理对53Cr21Mn9Ni4N耐热钢组织及碳化物的影响

利用FactSage软件中的FSstel数据库对53Cr21Mn9Ni4N耐热钢的相图进行计算,分析了氮元素对凝固及冷却过程中相变及析出相的影响,得到了53Cr21Mn9Ni4N耐热钢平衡凝固及冷却相变路径图,并用OM、SEM、XRD、EDS等对53Cr21Mn9Ni4N耐热钢在1200 ℃固溶3、10、20、40和60 min后的显微组织及碳化物演变规律进行了研究。结果表明,53Cr21Mn9Ni4N耐热钢由1600 ℃平衡冷却至300 ℃的过程中完整的平衡相变路径为:液相+气体→液相→液相+δ铁素体→液相+δ铁素体+奥氏体→液相+奥氏体→奥氏体→奥氏体+M₂₃C₆→奥氏体+M₂(C,N)+M₂₃C₆→奥氏体+M₂(C,N)+M₂₃C₆+α铁素体→奥氏体+M₂(C,N)+M₂₃C₆+α铁素体+σ相。M₂₃C₆的析出温度随着氮含量的增加而降低,M₂(C,N)的析出物温度随着氮含量的增加而升高,M₂₃C₆会因M₂(C,N)的析出受到抑制。53Cr21Mn9Ni4N耐热钢的铸态组织非常不均匀,奥氏体呈树枝晶状生长,枝晶间析出大量层片状碳化物。随着固溶时间的增加,分布在枝晶间的层片状碳化物逐渐变成块状及短棒状,碳化物的数量逐渐减少,粗壮的树枝晶也逐渐变得细小。53Cr21Mn9Ni4N耐热钢在1200 ℃固溶后的组织及碳化物均得到明显改善。     

630 ℃长期时效对FB2转子钢组织和力学性能的影响

通过冲击性能试验、硬度测试、扫描电镜和透射电镜观察等方法对630℃不同时效时间后的FB2转子钢样品进行组织观察和力学性能分析。结果表明,FB2转子钢在630℃时效过程中能够保持较好的高温稳定性; FB2转子钢的冲击断口表现为准解理脆性断裂;在时效前期,位错回复,冲击韧性提高;在时效中后期,由于析出相M₂₃C₆和Laves相在晶界位置聚集粗化,引起应力集中,冲击性能下降,时效5000 h后转子钢的冲击吸收能量为17 J;在长时时效过程中,FB2转子钢的强度下降趋势与析出相M₂₃C₆的尺寸变化趋势相一致,当析出相M₂₃C₆进入尺寸稳定期后FB2转子钢的硬度也基本稳定为253. 4 HBW（5/750）,析出相M₂₃C₆是维持FB2转子钢服役性能的重要影响因素。      

高温时效对P91钢组织及硬度的影响

对P91钢进行了650 ℃×2935 h的时效试验,测试了时效过程中的硬度变化,并分析了显微组织变化对硬度的影响。结果表明,在时效前期,由于M₂₃C₆的析出,导致硬度略有上升。在后续的时效中,M₂₃C₆发生熟化,数量密度降低;同时,亚晶缓慢长大,位错密度略微降低,使P91钢的硬度缓慢下降。根据时效过程中的组织和硬度变化,可以预测P91钢在不超过600 ℃的条件下服役时,有较好的组织和性能稳定性。     

M390高铬高钒粉末冶金工具钢奥氏体化过程中的碳化物演变规律

利用SEM-EDS、TEM和Image-Pro Plus等分析手段研究了M390钢在不同奥氏体化过程中的碳化物演变规律。结果表明，在1075～1150℃加热，保温15～120 min奥氏体化条件下，M390钢中碳化物体积分数和平均尺寸随淬火温度升高整体呈现下降趋势。同一淬火温度下，随保温时间延长，碳化物数量整体减少，碳化物平均尺寸先减小后增大，小尺寸碳化物数量先增加后减少，硬度先上升后下降。高温油淬后M390钢中未溶碳化物类型主要是M₇C₃和M₈C₇。在奥氏体化过程中，M390钢中碳化物变化主要是M₇C₃的溶解、长大及再溶解。     

不同V、Nb含量T91钢的热力学平衡相分析

利用Thermo-Calc软件模拟计算了原始T91钢和不同含量V、Nb的T91钢的平衡相组成。结果表明,原始T91钢随着温度的升高,平衡相M₂₃C₆和Z相的含量逐渐减少,到750 ℃时平衡相中Z相含量很低;不同V、Nb含量T91钢中,随着V含量的升高,相图有向右移动的趋势,平衡相中Z相Nb的含量升高,750℃下,当V含量高于0.20%时平衡相中不存在Z相,低于0.15%时平衡相中有Z相;Nb含量对于T91钢平衡相图和相组成影响较小。     

K439B铸造高温合金800℃长期时效组织与性能演变

对K439B合金开展800℃、3000 h长期时效,研究合金显微组织及力学性能的演变,分析室温拉伸及815℃、379 MPa持久性能的变形机制。结果表明：热处理态K439B合金中的γ’相呈球状,晶界存在MC及M₂₃C₆ 2种碳化物,而枝晶间仅存在MC碳化物。在800℃长期时效过程中,γ’相的粗化遵循Ostwald熟化机制且形貌趋于立方化,γ′相粗化速率为71.7 nm³/h;晶界和枝晶间MC碳化物发生退化,M₂₃C₆碳化物析出含量逐渐增加。时效3000 h后晶界γ’相与M₂₃C₆碳化物存在■的位向关系。热处理态合金的室温抗拉强度和屈服强度分别为1159.0和911.5 MPa,815℃、379 MPa持久寿命为150.4 h。长期时效后γ’相尺寸增加使得位错的运动方式由以位错在基体中滑移为主向位错切入γ′相为主转变,γ′相中出现了更多的堆垛层错,合金室温拉伸强度和815℃、379 MPa持久寿命均降低。     

焊接热循环对Ni-Fe基合金高温力学性能的影响

采用焊接热模拟试验,分析了焊接热循环对一种700℃超超临界火电机组高温部件候选材料——Ni-Fe基高温合金组织和高温性能的影响.结果表明,焊接热循环过程使合金中γ'相以及MC碳化物大量固溶.700℃持久试验中HAZ试样在400 MPa的持久断裂时间低于母材,300和350 MPa的持久断裂时间与母材相当.随着持久试验进行,HAZ组织中的晶界逐渐析出M₂₃C₆,晶内重新析出大量γ'相,使HAZ的持久性能逐渐恢复.高温焊接热循环使MC发生部分溶解,为M₂₃C₆在后续持久试验时效中的析出提供了C元素.     

时效处理对P92钢组织及硬度的影响

对经淬火+回火后的P92钢进行650 ℃不同时间时效处理。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对淬火和不同时间时效处理试样进行组织及析出相观察及分析;采用洛氏硬度计对其进行硬度测试。结果表明,P92钢淬火组织为板条马氏体+残留奥氏体+M₂₃C₆+MC。经不同时间时效处理后的基体组织均为回火托氏体,同时存在有M₃C、MC、M₂₃C₆等碳化物。时效150 h时Laves相开始析出,且随着时效时间延长,析出物尺寸增大,P92钢的硬度不断降低。时效初始硬度约为24 HRC,时效250 h后硬度约为20 HRC。     

高温长时服役HR3C钢焊接接头的组织与性能

采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪以及拉伸和弯曲试验研究了高温服役4.2万小时超超临界机组用HR3C钢焊接接头的微观组织和力学性能。研究结果表明,高温长时服役后HR3C钢焊缝金属中形成了大量条状和颗粒状M₂₃C₆析出相,焊接热影响区奥氏体晶粒长大,在晶界附近形成了板状M₂₃C₆相。拉伸和弯曲试验结果表明HR3C钢焊接接头高温服役后表现出明显的时效脆化倾向。     

深度调峰机组TP347H高温过热器管的超温老化

在某630 MW超临界机组深度调峰运行中，TP347H高温过热器管发生局部超温，对机组运行产生严重影响。采用显微组织观察和室温拉伸性能测试，结合温度及应力分布的有限元数值模拟，开展了正常运行与超温运行下TP347H高温过热器管的老化评估。结果表明：深度调峰情况下的传热恶化可能造成过热器管超温，管壁最大热应力甚至可能超过TP347H钢管的屈服强度。TP347H高温过热器管频繁超温和高的热应力作用导致服役态TP347H钢管中析出更多的MX和M₂₃C₆第二相，尤其是M₂₃C₆相颗粒在奥氏体晶界的聚集长大，加剧组织老化。在拉伸过程中，裂纹首先在超温运行管样的奥氏体晶界萌生与扩展，再发生穿晶断裂，奥氏体晶界、晶内存在严重的不均匀变形，从而导致其室温拉伸性能，特别是塑性，显著降低。