THE AGING EMBRITTLEMENT OF Cr-Mn-N AUSTENITIC HEAT-RESISTING STEELS

Cr-Mn-N奥氏体耐热钢在时效过程中有变脆的倾向,可能成为高溫长期使用的障碍.本文研究了下列三方面变脆的影响因素:(1)碳和氮含量的增加,促进时效变脆,硼防止时效变脆的作用随C+N含量的增加而減弱.在时间-溫度-等冲击值曲线上出现双C形式,它们与碳氮化物的析出和χ相生成有关.(2)碳、硼及钼等元素在晶界有偏聚现象.碳、钼等元素的偏聚促进沿晶界碳化物析出,加速钢的变脆.硼则有延缓晶界碳化物析出的作用,抑制时效脆性.(3)在长期时效过程中,碳氮化物及中间相的析出引起基体合金元素的贫化,从而降低γ相的稳定性,在形变过程中发生ε及马氏体相变,也会引起钢的变脆.     

利用APT研究铁素体时效钢中富Cu相和碳化物的偏析行为

铁素体时效钢样品经过880℃水淬、660℃调质处理,然后400℃时效4000 h后,利用三维原子探针层析技术(APT)研究了时效钢中晶界和基体中富Cu析出相和碳化物的偏析行为。结果表明:分析区域中Mn、Ni、Mo、C和Cu元素更容易在晶界处偏聚,形成富Cu团簇和碳化物,晶界处的纳米富Cu相为短棒状,其尺寸大小约为6 nm,团簇中的Cu原子含量为40at%。基体中的纳米团簇近似为球状,其尺寸和团簇中的Cu原子的数量密度都比晶界处小。在晶界处析出的富Cu团簇在碳化物之间,形成一种"夹层结构"。此外,富Cu团簇内部有Mn和Ni原子的偏聚,促进富Cu相的析出。     

超超临界锅炉用奥氏体耐热钢HR3C的脆化机理

结合室温、高温冲击试验及700℃时效试验,利用光镜、扫描电镜、透射电镜、电子探针等手段对服役态及供货态典型奥氏体耐热钢HR3C的脆化机理进行了研究。结果表明,服役近4万小时后HR3C钢室温及650℃均出现了明显脆化现象,冲击韧性大幅度下降,700℃时效试验结果与此类似。组织分析表明,服役近4万小时的HR3C钢在晶界析出连续片状分布的M_(23)C_6相、沿晶界向晶内生长出针(条)状M_(23)C_6相、晶界周边析出纳米级立方状M_(23)C_6相及弥散Nb Cr N相,Cr、C,P、S 4种元素在晶界明显偏聚。在700℃时效不同时间后相关试验表明HR3C钢在冲击韧性快速下降阶段微观组织中碳化物在晶界已成连续片状分布,未见其余析出相,晶界仅有微量S元素偏聚。M_(23)C_6在晶界的连续片状析出是造成HR3C钢时效脆化的主要原因。     

无磁钻铤用0Cr19Mn21Ni2N奥氏体不锈钢800 ℃等温时效析出机制

通过Thermo-Calc热力学软件计算、光学显微镜、扫描电镜及透射电镜对0Cr19Mn21Ni2N奥氏体不锈钢在800 ℃等温时效过程中碳化物、氮化物的析出机制进行了研究。结果表明：第二相碳化物、氮化物析出的成分、种类、分布随局部C元素贫化而发生变化。在800 ℃等温时效过程中,当时效时间为10~60 min时,晶界上较高浓度的C元素偏析、较大的晶格错配能和畸变能为M23C6首先在晶界位置形核并形成连续析出颗粒提供充足的热力学和动力学条件;随着时效时间进一步延长,由于碳化物M23C6的较多析出导致该析出区域C元素逐渐贫化,?M23C6析出的热力学和动力学条件逐渐受到抑制,氮化物Cr2N开始在晶界析出的M23C6碳化物附近形核。随后,片层状Cr2N逐渐在相邻晶粒内长大,其生长方向与奥氏体晶格取向具有固定的位向关系。     

新型奥氏体C-HRA-5耐热钢时效过程中的沉淀相演化

对新型奥氏体C-HRA-5耐热钢(22Cr25Ni3Cu4W2Co)进行700℃/0～15 627 h时效试验,采用OM观察时效样品晶粒尺寸和孪晶的变化,采用SEM+EDS、TEM+EDS+SAED分析了时效样中沉淀相析出顺序及粗化特性。结果表明,试验钢在700℃/15627h时效过程中先后析出M23C6、Z相、富Cu相和Laves相等第二相,其中M23C6相主要在晶界析出,其它第二相主要分布在晶内,未发现σ相的析出。在时效过程中,富Cu相和Z相尺寸比较细小稳定,尤其是富Cu相,时效至15 627 h时直径约10 nm,它们是提高C-HRA-5钢热强性的主要强化相。晶界M23C6碳化物粗化速率较快,时效817 h时已在晶界形成断续状分布,时效至15 627 h时,其在晶界宽度增长至550 nm;而晶内M23C6碳化物粗化相对缓慢。由于添加W元素,在时效后期有大量针状Laves相在晶内析出,主要沿长度方向长大;另有少量颗粒状Laves相在晶界M23C6内部或其附近析出,尺寸较稳定。在长期时效过程中,未发现σ相的析出,这与C-HRA-5钢增加Ni和添加Co元素可以抑制或延迟其析出有关。     

调质中碳硅锰钢中硼的控制及其作用

采用加铝定氮的方法,稳定地控制了钢中酸溶硼的含量。分析了中碳硅锰钢调质处理前的轧制状态、不同的热处理或热加工对调质处理后钢中硼的分布及冲击性能的影响。结果表明,不同的热加工历程,对调质处理后钢中硼碳化物在晶界的偏聚析出和钢的冲击性能都有不同程度的影响。说明为提高硼在钢中的均匀化程度,一方面要在工艺许可的范围内选择较高的热加工温度,另一方面油冷等淬火快冷方式能够避免硼碳化物的沿晶偏聚析出。     

热压缩变形对Ni-20Cr-18W-1Mo高温合金碳化物析出行为的影响（英文）

采用热模拟试验机、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等手段,研究热压缩变形对Ni-20Cr-18W-1Mo高温合金的元素晶界偏聚和M_6C碳化物析出的影响。结果表明,热压缩变形后M_6C碳化物含量明显增加;成分分析显示晶界中的M_6C碳化物含有高含量的钨元素。同时,经过10%变形后晶界中的二次碳化物尺寸为3~5μm,而经过900和1000°C时效未变形的合金中晶界二次碳化物尺寸小于1μm。根据热力学计算结果,γ基体相和碳化物的吉布斯自由能随变形温度升高而降低,富钨的M_6C比富铬的M_(23)C_6稳定。与实验结果比较发现,压应力加速了钨元素在晶界区域的偏聚速率,进一步增加了富钨的M_6C在晶界中的析出速率。     

碳含量对含钼钢中磷、钼和碳晶界偏聚的影响

采用俄歇剥层分析测定了经 116 0℃淬火和 40 0～ 6 5 0℃回火的Fe 4Mo 0 1P C钢中磷、钼和碳的晶界偏聚。研究了碳含量对含钼钢中磷、钼和碳晶界偏聚的影响 ,以及碳和磷、碳和钼、磷和钼的交互作用。研究结果表明 ,在含钼钢中提高碳含量可降低在回火脆温度范围内磷的晶界偏聚 ,增加钼的晶界偏聚。碳的晶界偏聚随钢中碳含量的增加而增加。钼和碳、钼和磷具有晶界共偏聚行为 ,而碳和磷却产生相互排斥和 或占位竞争作用     

Re对一种定向凝固镍基高温合金微观组织的影响

采用SEM,EPMA和TEM等技术对不含Re(0Re)和含2%Re(2Re)的定向柱晶高温合金铸态和热处理态组织进行了系统的研究.结果表明:Re促进了铸态共晶外围和晶界上m相的析出;合金热处理后,Re明显促进了MC碳化物周围和晶界上相的析出,0Re合金MC碳化物周围只有少量的M6C相析出,晶界上有细小的M23(C,B)6硼碳化物析出,而2Re合金MC碳化物周围和晶界上都有大量块状m相析出,m相的析出促进了g′包层的形成.0Re合金中B元素明显偏聚于晶界,而2Re合金中B元素分布相对比较均匀.并对热处理过程中m相的析出机制进行了深入分析.     

合金元素对铬锰碳氮奥氏体耐热鋼时效变脆的影响

叙述并討論了合金元素对鉻錳碳氮奥氏体耐热鋼时效变脆的影响的初步实驗結果。結果指出钼釩促使这种类型鋼的变脆,硼能改善其时效脆性,适合于設計的要求。微量混合稀土元素对改善时效脆性的作用不明显。金相和电子显微镜及X射线研究的結果指出,晶界和沿晶界边緣組織結构的变化是影响脆性的主要因素。时效后的主要沉淀为M_(23)C_6和(Cr,Fe)_2N;含钼較高的鋼种(>1%Mo),在更长时間的时效以后,有x相及σ相的出現,当其量較多时,也可增加鋼的脆性。硼不但減緩某些相的析出,而且也可以改变它們的分布状态,使晶界发生不連續沉淀,从而对韌性的降低較少。     

THE EFFECT OF ALLOYING ELEMENTS ON AGE BRITTLENESS OF A Cr-Mn-C-N AUSTENITIC HEAT-RESISTANT STEEL

叙述并討論了合金元素对鉻錳碳氮奥氏体耐热鋼时效变脆的影响的初步实驗結果。結果指出钼釩促使这种类型鋼的变脆,硼能改善其时效脆性,适合于設計的要求。微量混合稀土元素对改善时效脆性的作用不明显。 金相和电子显微镜及X射线研究的結果指出,晶界和沿晶界边緣組織結构的变化是影响脆性的主要因素。时效后的主要沉淀为M_(23)C_6和(Cr,Fe)_2N;含钼較高的鋼种(>1％Mo),在更长时間的时效以后,有x相及σ相的出現,当其量較多时,也可增加鋼的脆性。硼不但減緩某些相的析出,而且也可以改变它們的分布状态,使晶界发生不連續沉淀,从而对韌性的降低較少。     

Custom 450不锈钢平衡析出相的热力学计算

Custom 450是一种应用广泛的马氏体时效不锈钢,在工业生产中,冶炼方法和合金元素的批次差异会对其性能产生明显影响。通过Thermo-Calc热力学软件研究了不同温度下该钢的平衡相组成类型和含量,并结合室温力学性能测试,分析C、N、Nb含量的影响。结果表明：Custom 450试验钢的平衡相有α、γ、σ、NbNi3、FCC-Cu、M23C6、Nb（C,N）和少量的Z-CrNbN、Laves相和χ相;随时效温度升高,材料抗拉强度和屈服强度降低,伴随着析出相类型转变和总质量分数的减少;C、N含量提高,使合金中平衡析出的碳化物及碳氮化物质量分数增加,金属间化合物平衡量减少;Nb含量的提高对总的碳化物及碳氮化物质量分数影响较小,而会促进金属间化合物质量分数的提高。     

铌钒氮微合金钢中碳氮化合物研究

将铌钒氮微合金钢进行热轧和空冷处理,透射电镜发现铁素体中弥散着细小的球形析出相,三维原子探针分析显示这些析出相为Nb、V、Mdo碳氮化物,进一步研究表明V、Nb、Mo原子主要依次位于碳氮化物的中心、次中心层和外层,Mn原子在基体与碳氮化物界面处偏聚.从碳氮化物的中心到外层依次主要为V的碳化物、Nb的碳氮化物、Mo的碳化物.     

0Cr14Mn21NiN奥氏体不锈钢的析出行为

采用Thermal-Calc热力学计算软件对0Cr14Mn21NiN奥氏体不锈钢C、Cr含量变化对试验钢碳化物析出热力学特征进行了计算。通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等分析方法探讨了时效温度、保温时间、变形对试验钢析出行为的影响。结果表明:析出相主要是在晶界处产生的Cr₂₃C₆,试验钢析出敏感温度为750~850 ℃。在800 ℃下时效30 min的试验钢晶界处可以明显观察到析出相的产生,随保温时间的延长,析出相含量逐渐增多,尺寸变大,并逐渐向晶内生长。时效前的变形明显缩短了析出相的孕育时间,变形后保温1 min的试验钢晶界处可观察到较多析出相的产生,晶界明显变粗。     

长时时效后的NiCrMoV异种钢接头焊缝性能和组织的研究

对在350℃长时间时效的异种NiCrMoV钢接头进行冲击试验发现,时效处理后焊缝冲击性能下降明显。通过光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射分析、化学成分和微观组织分析,结果表明:M3C碳化物沿晶界析出、溶质原子N在晶界偏聚和时效过程中残余奥氏体的热失稳分解是导致异种NiCrMoV钢接头时效后性能下降的主要原因。     

时效温度对S31042奥氏体耐热钢析出相的影响

为了研究时效温度对S31042钢析出行为的影响,在650、700、750℃下对S31042钢进行了长时时效处理。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射,观察及分析了钢中析出相的演变。结果表明,时效温度对钢中析出相种类的影响较小,钢中的主要析出相为M_(23)C_6相、Z相和MX相,700、750℃时效过程中有σ相析出。随着时效温度的升高,晶界处的M_(23)C_6碳化物的析出速率和粗化速率明显加快,而Z相受温度变化影响较小。M_(23)C_6相的粗化受C元素的扩散控制,Z相的粗化则主要受Nb元素的扩散控制。     

一种铸造镍基高温合金在热处理过程中的相析出行为和拉伸性能（英文）

研究一种铸造镍基合金(IN617B合金)在固溶处理和长期时效处理过程中的相析出行为和拉伸性能。在铸态的组织中,Ti(C,N)、M6C和M23C6为主要析出相,而经过固溶处理后,除少量Ti(C,N)残余外,绝大部分碳化物固溶到基体中。在700°C长期时效过程中,合金中相的析出行为主要包括3个方面:(1)晶界处M23C6碳化物的形貌由膜状转变成颗粒状,同时由于界面能的降低和元素向晶界的扩散,颗粒碳化物逐渐粗化;(2)晶内棒状M23C6碳化物具有择优生长方向[110],并与基体γ之间存在共格关系;(3)γ?颗粒可以通过限制碳化物形成元素的扩散来阻碍晶内M23C6碳化物粗化。在时效5000 h后,合金的抗拉强度明显增加,而合金的塑性明显下降。该合金具有稳定的显微组织,从而保证其在长期时效过程中具有优异的拉伸性能。     

超纯净18Ni马氏体时效钢的晶粒尺寸及其对拉伸性能的影响

研究了不同固溶处理温度下超纯净18Ni(2200 MPa级）马氏体时效钢晶粒尺寸及分布的变化，以及原奥氏体晶粒尺寸对马氏体时效钢在固溶和时效状态下拉伸性能的影响，初步探讨了其影响机理，结果表明，原奥氏体晶粒随固溶温度的升高而均匀持续地正常长大，晶粒尺寸对固溶态马氏体时效钢的强度和塑性影响微弱，有害元素含量的大幅度降低避免了Ti(C,N)等夹杂物在晶界偏聚而引起的高温固溶下的“热脆”现象，时效状态马氏时效钢的屈服强度与原奥氏体晶粒尺寸之间符合Hall-Petch关系，随着原奥氏体晶粒尺寸的增大，马氏体时效钢出现“时效脆性”是由于明效析出相在晶界偏聚所致。     

碳和硼对高铼含量的定向凝固镍基高温合金元素偏析行为的影响

研究元素碳和硼对含铼镍基定向柱晶高温合金相转变温度、元素偏析和碳化物析出相的影响。结果表明：随着碳含量的增加,液相线温度逐步降低,而碳化物的析出温度上升。硼的添加造成合金液相线温度、碳化物析出温度和固相线温度均下降。随着碳含量的增加,铼元素的偏析先增大后减小,而其它元素的偏析程度变化并不是很大。铼、钨、钽的偏析随硼的加入而逐渐增大。合金中碳化物的形态主要为汉字体状,碳化物数量随着碳含量的增加逐渐增大。添加硼元素的合金中析出的碳化物较不含硼元素的合金中析出的碳化物更加集中和粗大。     

高温合金中钛铌钨和钼的某些晶界析出行为

采用晶粒表面的萃取碳复型技术，观察研究了钛在一种具有大晶粒尺寸的高温合金中的晶界析出行为－晶界（Ti,Mo）C脆性包膜的形成和效应；不同含量的铌对一种高温合金晶界析出相类型、形貌分布、成分和数量的影响；分析讨论了钨和钼等元素对某些高温合金晶界碳化物和硼化物的析出行为存在的直接作用和间接作用。