为什么2520耐高温不锈钢有突出的抗蠕变及抗氧化腐蚀性能

  2520耐高温不锈钢拥有突出的抗蠕变性能、良好的高温抗氧化和抗腐蚀性能，成为热电厂主要高温部件的理想更新换代材料。热电厂设备服役寿命长于20年，这就要求所用材料具有良好的高温低应力长程蠕变性能。工程上采用高应力区蠕变试验数据外推来预测低应力区蠕变强度。但此方法导致了蠕变强度的过度预测，即发生了强度退化。蠕变强度退化不仅与组织退化有关，还与蠕变机制转变有关。

   浙江至德钢业有限公司研究2520耐高温不锈钢高温低应力蠕变机制和滞弹性回复机制，及组织退化和蠕变机制转变对蠕变性能的影响。主要的研究内容和结果如下：传统的单轴蠕变由于应变分辨率低，不能满足低应力蠕变研究的需求。本次实验采用基于具有高应变分辨率的螺旋弹簧蠕变试验法，该试验法基于纯扭转变形。本课题使用软件对螺旋弹簧蠕变试样进行力学场模拟仿真，获得纯扭转变形充要条件，结果表明：随着螺旋弹簧试样螺距的增加，XY轴方向的剪切应变减少，Z轴方向的正应变增加；当螺距从2mm增加到5mm时，XY轴剪切应变减小量小于10%，与Z轴方向正应变之间的比值小于17%，试样变形可视为纯扭转变形。

   为了研究长程蠕变进程中的组织退化，本课题对试样进行不同条件热时效处理，通过背散射扫描电镜图像，分析了热时效过程中析出物改变，发现：析出相M23C6在晶界和晶内析出，MX相主要在晶内析出；M23C6在时效过程中，尺寸增长速度缓慢，时效8000小时平均截圆直径仅为140nm左右；MX析出相时效过程中尺寸保持稳定，平均截圆直径基本保持在50nm。Laves相在热时效过程中从晶界析出，逐渐粗大化，在时效2000小时至3000小时之间时，Laves相的析出面积分数趋向于稳定，达到0.95%，时效5000小时左右尺寸趋于稳定，平均截圆直径达到400nm。

   为了研究组织退化对低应力蠕变性能的影响，对试样进行不同条件的热时效处理，实施高温低应力“螺旋弹簧蠕变”试验，结果表明：由于析出相的少量析出增强了材料本身的抗蠕变性能，导致时效一个月的螺旋弹簧试样增强了蠕变强度。为了研究2520耐高温不锈钢低应力下蠕变机制转变，对试样实施了高应力单轴拉伸蠕变，和低应力下变应力蠕变试验，分析了蠕变速率的应力依赖性、瞬时蠕变性能和滞弹性回复现象，结果表明：低应力区蠕变应力指数为1，高应力区蠕变应力指数为4，高、低应力区的蠕变机制不同；应力突增时产生的瞬时应变值的增加与应力突减时产生的瞬时应变值的减小相等，说明蠕变可能由位错的粘滞滑移控制；卸载后发现有两种不同的蠕变应变存在：滞弹性应变和塑性应变，说明蠕变呈现滞弹性特性。本次研究发现析出相对2520耐高温不锈钢高温低应力下的蠕变产生重要影响，这为2520耐热钢高温低应力下的长程蠕变寿命预测和开发新型高性能的耐热钢种奠定了基础。