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铁素体系耐热钢中合金元素作用及将来发展方向

来源:至德钢业 日期:2020-11-25 23:41:20 人气:151

铁素体系耐热钢中主要合金元素有Cr、Mo、W、Co、V、Nb、Ni、B等,耐热钢研究早期,主要是添加Mo和Nb,Mo能起到改善回火稳定性、增强二次硬化效应和在晶界偏聚提高晶界结合力的作用,从而在钢的强度增加的同时,韧性不降低。而Nb与C形成NbC,形成第二相强化。随后耐热钢得到了大规模的研究与应用阶段,这一阶段主要是C、N、V元素的优化;现在所用的耐热钢主要是以W取代部分Mo,提高材料的蠕变强度,并加入B强化晶界,并制备出大批综合性能良好的耐热钢。将来耐热钢发展的方向主要是进一步增加W含量,添加Co含量。Co的作用机制和影响将是耐热钢下一阶段进行研究的热点。Co能有效地提高耐热钢的强化作用,抑制铁素体形成,而且Co是已知唯一提高钢的居里温度的元素,高的居里温度有利于钢保持其自身的铁磁性,从而保持钢的扩散能垒,降低钢中溶质的扩散能力,稳定碳化物。Co元素的作用是目前耐热钢研究的热点之一。


 T/P92耐热钢是日本开发的一种新型耐热钢,它的出现得益于T/P91钢的成功。它是以T/P91钢为基础,加入1.5-2.5%W,钼含量则降为0.3-0.6%,形成以钨为主的钨钼复合强化。综合性能可媲美于T91钢,且许用温度更高,最高可达630℃,蠕变强度达到了奥氏体不锈钢的水平。P92耐热钢属于电厂管道用钢,在高温高压下使用,主要失效形式为蠕变断裂。蠕变孔洞一般在晶界产生,导致P92耐热钢管道的断裂。蠕变孔洞的形成与钢组织结构的变化密切相关。高温蠕变过程中组织结构会发生变化,主要为马氏体板条宽度变大,位错密度降低,析出物长大,同时会析出新的Laves相和Z相。由此可见,组织的稳定对P92耐热钢的性能有很大的影响。超超临界发电机组的下一个目标是使主蒸汽温度提高到650℃。尽管已有关于P92耐热钢显微组织演化方面的研究报道,但主要集中在600℃温度范围。为更好地理解和使用P92耐热钢,本文研究了其在650℃长期时效过程中显微组织演化规律。


 一、试验过程


 试验用P92耐热钢经1080℃×1小时正火+780℃×2小时回火处理后在650ºC进行时效处理。采用带能谱分析的FEISirion200扫描电子显微镜和透射电镜观察显微组织,采用电解萃取方法分离合金中的析出相,利用X射线衍射方法进行物相分析,利用电子背散射方法研究组织取向关系。


 二、耐热钢力学性能研究


 P92耐热钢在650ºC条件下时效不同时间后的维氏硬度如图所示,从时效开始后硬度增加,时效100小时硬度最大,从100到500小时期间硬度迅速降低,其后硬度下降趋势变缓。在时效过程中,Laves相的析出粗化及起固溶强化的元素W、Mo原子的减少是P92耐热钢硬度下降的主要原因之一。P92耐热钢在650ºC长期时效过程中,M23C6型碳化物的晶格常数a随时效时间的延长逐渐增大,时效7944小时后达到最大;Fe2W型Laves相沿原奥氏体晶界和板条界析出。利用EBSD研究方法可知,P92耐热钢显微组织在时效3000小时后晶粒的取向差变化较小,小角度晶界比例稍有上升,大角度晶界比例基本不变,板条亚结构组织稳定性较好,时效前后均发现残余奥氏体。综合力学性能测试及组织观察表明,时效过程力学性能变化的主要原因是Laves相的形成和粗化。




本文标签:耐热钢 

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