奥氏体耐热钢中的纳米析出相研究

采用扫描电镜、透射电镜和X-射线衍射仪研究了固溶处理后不同温度时效处理对25Cr-20Ni-Nb N奥氏体耐热钢显微组织和性能的影响。结果表明,试验钢经过1150℃固溶处理后的显微组织为奥氏体基体内分布粗大颗粒状Nb Cr N相(Z-相);在650~900℃时效处理1 h后,在奥氏体晶界上析出M_(23)C_6型碳化物;在850℃时效1 h后,除在奥氏体晶界上析出M_(23)C_6型碳化物外,还在奥氏体晶粒内部析出均匀分布的纳米尺寸Z-相,纳米尺寸Z-相的颗粒密度达到每平方微米7.8个;试验钢的硬度随时效温度的升高先降低后升高再降低,在850℃时达到最大值,硬度的变化与纳米尺寸的Z-相析出强化有关。     

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。     

长期高温服役后S31042奥氏体耐热钢的微观组织

利用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪和X-射线衍射分析仪,研究了1000 MW超超临界机组用S31042奥氏体耐热钢服役50000 h后的微观组织变化。结果表明,经长期高温服役后,S31042钢组织由奥氏体基体和M_(23)C_6、NbCrN和Nb(C,N)析出相组成,服役过程中析出相不断发生析出、聚集和长大。M_(23)C_6碳化物在奥氏体晶界、孪晶界等位置形成链条状,在晶内析出为细小颗粒状,并随着服役时间的延长发生聚集长大,而在晶界附近区域则为细小颗粒状。NbCrN和Nb(C,N)主要分布于奥氏体晶粒内部,尺寸细小的NbCrN、Nb(C,N)和M_(23)C_6碳化物可有效提高S31042钢的蠕变强度,而尺寸较大的M_(23)C_6碳化物以及初始Nb(C,N)将对材料的蠕变强度产生不利影响。     

不同Mo、W含量叶片用GY200镍基合金中碳化物的析出行为

利用微观组织分析及化学相分析的方法研究了9种不同Mo、W含量的汽轮机叶片用GY200镍基合金中碳化物及γ'强化相的析出规律。结果表明,合金中出现MC、M_6C、M_(23)C_6型碳化物,MC相由一次未溶TiC和少量二次析出的TiC组成,MC相含量随W、Mo添加量增加而增加。M_6C在1080℃就开始析出,对于GY200镍基合金,M_6C析出条件可由Cr/(Cr+Mo+0.7W)≤0.847(at%)经验公式来表达。Mo添加后,M_(23)C_6含量随W添加量的增加有减少趋势。Mo促进TCP相析出的动力学比W元素的要强,利用W来替代部分Mo,能够减少Laves相、TCP相的析出。W添加4%以内将明显改善合金高温强塑性。     

铌对Cr8Mo2SiV钢组织和性能的影响

研究了0.3%~0.9%Nb对铸态及热处理态Cr8Mo2SiV冷作模具钢组织和力学性能的影响。结果表明:铸造Cr8Mo2SiV钢共晶碳化物枝晶粗大,成网状分布于晶界上。随着Nb的加入,钢的铸态组织和共晶碳化物都得以改善,难熔铌的碳化物增多,抑制了奥氏体晶粒长大;经热处理后,钢的共晶碳化物由网状变为粒状和块状分布于基体中,综合力学性能得以改善。     

不同Mo、W含量叶片用GY200镍基合金中碳化物的析出行为北大核心CSCD

利用微观组织分析及化学相分析的方法研究了9种不同Mo、W含量的汽轮机叶片用GY200镍基合金中碳化物及γ'强化相的析出规律。结果表明,合金中出现MC、M_6C、M_(23)C_6型碳化物,MC相由一次未溶TiC和少量二次析出的TiC组成,MC相含量随W、Mo添加量增加而增加。M_6C在1080℃就开始析出,对于GY200镍基合金,M_6C析出条件可由Cr/(Cr+Mo+0.7W)≤0.847(at%)经验公式来表达。Mo添加后,M_(23)C_6含量随W添加量的增加有减少趋势。Mo促进TCP相析出的动力学比W元素的要强,利用W来替代部分Mo,能够减少Laves相、TCP相的析出。W添加4%以内将明显改善合金高温强塑性。     

4Cr14Ni14W2Mo钢的奥氏体晶粒度,孪晶及碳化物

对锻造的4Cr14Ni14W2Mo钢经相应热处理后的奥氏体晶粒度、孪晶及碳化物类型做了研究,认为固溶处理后的臭氏体晶粒度主要取决于固溶加热温度,与正常锻造温度关系不大。固溶加热过程实质也是再结晶的继续,即二次再结晶,臭氏体晶粒的大小只能通过控制再结晶温度高低和时间长短来实现。该钢热处理后,碳化物类型为M_(23)C_6和M_7C_3两种,而以M_(23)C_6最多,其中M_(23)C_6为(Cr,Fe,W,Mo)_(23)C_6和(Fe,Ni)_(23)C_6两种结构,而M_7C_3为(Cr,Fe)_7C_3。     

EFFECT OF SILICON ON THE TRANSITION OF BRITTLENESS IN A NICKEL BASE WROUGHT SUPERALLOY

Ni-15Cr-6W-3Mo-2Al-2Ti变形高温合金的室温抗张强度、塑性和冲击性能,随着合金中Si含量的变化呈现马鞍型的变化,即在0.4—0.6％Si范围内出现一个低塑性、低拉伸强度和低冲击韧性区。造成这种现象的本质原因是由于Si含量变化改变了晶界碳化物沉淀析出顺序、析出类型、析出量和析出形态。该合金晶界碳化物析出可分为四个阶段:第一阶段,<0.1％Si时,只有单一的M_(23)C_6析出;第二阶段,>0.1％Si以后,除M_(23)C_6外,M_6C开始析出,一直到0.4％Si时增加2缓慢;第三阶段,0.4—0.6％Si时,M_6C大量析出逐渐取代M_(23)C_6;第四阶段,>0.6％Si以后,M_6C量占绝对优势,但增加幅度比第三阶段小得多。从晶界形态来看,第一、二、四阶段皆属不连续的链状形式,只有第三阶段晶界呈现连续膜状。因此,造成性能下降的原因不是因为析出M_6C,而是它的形态,当它以颗粒状分布在晶界上时是一个很好的强化相。第三阶段的不正常析出是性能下降的本质因素。本研究结果打破了只要镍基合金中MO+1/2>W>6％(重量百分比)就形成M_6C的经验判据,“Si”才是该合金碳化物沉淀析出过程的控制因素。本文还对比了冶炼工艺差别对碳化物析出过程的影响。     

8Cr20Si2Ni马氏体汽阀钢的碳化物

研究了电炉工艺和电渣工艺生产的8Cr20SiZNi钢中碳化物类型、形貌、分布特征及其室温性能随温度的变化。在Philips CM12电子显微镜中观察到1050℃加热时晶内块状和粒状M_(23)C_6数量最多,尺寸最大,冷却时原奥氏体晶界块状M_(23)C_6之间还析出少量精细颗粒和薄片M_7C_3;随着加热温度的升高,块状M_(23)C_6数量减少,粒状M_(23)C_6 精细颗粒和薄片枝晶M_7C_3的数量增多,在高于1150℃加热和加热后的冷却过程中,枝晶薄片和精细颗粒M_7C_3聚集长大、增多。     

Si对一种镍基变形高温合金脆性转变的影响

Ni-15Cr-6W-3Mo-2Al-2Ti变形高温合金的室温抗张强度、塑性和冲击性能,随着合金中Si含量的变化呈现马鞍型的变化,即在0.4—0.6%Si范围内出现一个低塑性、低拉伸强度和低冲击韧性区。造成这种现象的本质原因是由于Si含量变化改变了晶界碳化物沉淀析出顺序、析出类型、析出量和析出形态。该合金晶界碳化物析出可分为四个阶段:第一阶段,<0.1%Si时,只有单一的M_(23)C_6析出;第二阶段,>0.1%Si以后,除M_(23)C_6外,M_6C开始析出,一直到0.4%Si时增加2缓慢;第三阶段,0.4—0.6%Si时,M_6C大量析出逐渐取代M_(23)C_6;第四阶段,>0.6%Si以后,M_6C量占绝对优势,但增加幅度比第三阶段小得多。从晶界形态来看,第一、二、四阶段皆属不连续的链状形式,只有第三阶段晶界呈现连续膜状。因此,造成性能下降的原因不是因为析出M_6C,而是它的形态,当它以颗粒状分布在晶界上时是一个很好的强化相。第三阶段的不正常析出是性能下降的本质因素。本研究结果打破了只要镍基合金中MO+1/2>W>6%(重量百分比)就形成M_6C的经验判据,“Si”才是该合金碳化物沉淀析出过程的控制因素。本文还对比了冶炼工艺差别对碳化物析出过程的影响。     

铸造ZG1Cr11Ni2WMoV马氏体耐热钢中的第二相析出行为

采用扫描电镜、透射电镜和X-射线衍射仪等方法研究了铸造ZG1Cr11Ni2WMoV马氏体耐热钢经1050℃×1 h空冷正火后在不同温度回火的显微组织及第二相析出行为。结果表明:铸造ZG1Cr11Ni2WMoV马氏体耐热钢经不同温度回火后,显微组织由板条状回火马氏体和少量δ-铁素体组成,在较低温度(550℃)回火时,高密度纳米尺寸M_6C型碳化物均匀分布在马氏体板条内,随回火温度的升高,M_6C型碳化物长大成细长针状,同时在原奥氏体晶界、马氏体板条界及δ-铁素体周围析出M_(23)C_6型碳化物,继续升高回火温度至700℃,板条内不再有M_6C型碳化物析出,板条界上M_(23)C_6型碳化物颗粒逐渐长大。     

热处理工艺对S31042奥氏体耐热钢显微组织和力学性能的影响

研究S31042奥氏体耐热钢不同热处理工艺后的显微组织和力学性能。结果表明:随着时效温度由700℃上升到900℃,该钢的晶界M_(23)C_6型碳化物析出量增多,并逐渐呈现连续分布,冲击韧性显著降低,高温抗拉强度逐渐降低,屈服强度基本保持稳定,但900℃时效热处理后屈服强度略微增加;当时效温度由900℃上升到1000℃,该钢晶界碳化物析出量减少;高温抗拉强度变化不明显,屈服强度有所降低,冲击韧性提高;相比于拉伸过程中的低应变速率,在瞬时冲击高应变速率条件下,晶界M_(23)C_6相的聚集析出造成沿晶开裂倾向增加。     

A TEM OBSERVATION OF THE SECONDARY HARDENING PROCESS IN A 6Cr4Mo3Ni2WV DIE STEEL

用电镜薄膜技术研究了6Cr4Mo3Ni2WV基体钢的淬火和回火态的组织结构,着重观察了硬度-回火温度曲线峰值附近的结构,指出合金的二次硬化主要由V_4C_3和M_2C沉淀产生.回火时沿马氏体内孪晶界和{112}晶面析出的片状渗碳体,低于450℃是稳定的,高于500℃是亚稳相,它在回火过程中转变为V_4C_3,M_2C和新的细化渗碳体,这对二次硬化也有贡献;但更主要的是这种转变使合金的冲击韧性α_K值显著提高.在600—650℃亚稳渗碳体的转变区复合转变为M_6C和Cr_7C_3,同时沿原始奥氏体晶界和亚晶界析出连续的等轴M_6C和Cr_7C_3,这一过程又使α_K值下降.     

固溶处理对Stellite 6B钴基高温合金中碳化物的影响

研究了锻造后钴基高温合金Stellite 6B中碳化物的类型和组织形貌,以及高温固溶处理对合金中碳化物的影响。研究表明,Stellite 6B合金的显微组织由面心立方钴基固溶体与一次碳化物M_7C_3和二次碳化物M_(23)C_6组成。高温固溶处理下,碳化物M_(23)C_6先转变为M_7C_3,然后溶解到基体,当固溶时间短时,易形成分布在晶界处的连续的网状碳化物。固溶温度为1280℃,保温10 h时,网状碳化物溶解的更加充分,能够得到完全固溶的奥氏体基体。     

6Cr4Mo3Ni2WV工模具钢二次硬化过程的透射电镜观察

用电镜薄膜技术研究了6Cr4Mo3Ni2WV基体钢的淬火和回火态的组织结构,着重观察了硬度-回火温度曲线峰值附近的结构,指出合金的二次硬化主要由V_4C_3和M_2C沉淀产生.回火时沿马氏体内孪晶界和{112}晶面析出的片状渗碳体,低于450℃是稳定的,高于500℃是亚稳相,它在回火过程中转变为V_4C_3,M_2C和新的细化渗碳体,这对二次硬化也有贡献;但更主要的是这种转变使合金的冲击韧性α_K值显著提高.在600—650℃亚稳渗碳体的转变区复合转变为M_6C和Cr_7C_3,同时沿原始奥氏体晶界和亚晶界析出连续的等轴M_6C和Cr_7C_3,这一过程又使α_K值下降.     

Mo对4Cr5Mo2V型热作模具钢热稳定性能的影响

研究了Mo对4Cr5Mo2V型热作模具钢热稳定性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法分析材料的微观组织。结果表明,含1.9%Mo和含2.4%Mo试验钢在600 ℃时的热稳定性能差异较小;在650 ℃时,相比于含2.4%Mo试验钢,含1.9%Mo试验钢经过48 h保温后硬度值低了2.3 HRC,马氏体基体的回复程度更大,出现较多的富Cr的大颗粒球状M₂₃C₆型碳化物,尺寸在150~200 nm之间,而2.4%Mo钢中弥散析出了数量更多的细小M₂C型二次碳化物,阻碍了富Cr型碳化物的长大,因此其碳化物的平均粒径更小,具有更好的热稳定性。     

5Cr8Mo2SiV钢淬火和回火过程中碳化物的析出

对球化退火后的5Cr8Mo2Si V刃具钢进行淬火和回火工艺的探究,用SEM和EDS对淬、回火后的显微形貌进行分析,用碳化物电解萃取和XRD分析等研究了5Cr8Mo2Si V刃具钢淬、回火过程中碳化物的析出行为,并用Jmat-Pro模拟回火过程中碳化物析出相的变化。结果表明:5Cr8Mo2Si V钢退火试样在1100℃淬火+520℃回火时有明显的二次硬化现象,球化退火组织中存在VC、Cr_(23)C_6、Cr_7C_3、Fe_3C、Si C和Mo_6C类碳化物。Mo_6C、Si C、Fe_3C、Cr_7C_3和Cr_(23)C_6型碳化物随着淬火温度升高依次溶入马氏体基体,最终只有VC分布在基体上。Mo_2C、VC、Cr_7C_3和Cr_(23)C_6型碳化物在回火过程中从马氏体中析出,且Mo_2C和VC型碳化物在520℃回火析出量出现峰值。结合Jmat-Pro模拟结果发现,5Cr Mo2Si V钢的二次硬化现象是残留奥氏体二次淬火和Mo_2C粒子的第二相强化共同导致,且Mo_2C粒子第二相强化效应符合位错切过机制。     

Cr-W-Mo-V中合金高碳钢的显微组织及硬度

研究了4种不同成分的Cr-W-Mo-V中合金高碳钢的显微组织及硬度,并以相平衡热力学理论分析讨论了合金元素含量变化对其显微组织及硬度的影响。结果表明,该类钢在α?γ相变的加热和冷却过程,发生了M_(23)C_6?M_6C相互转变,碳化物的溶解和析出过程使碳化物的分布更加均匀细化,在合适的成分比率时,淬火未溶碳化物尺寸小于0.35μm,达到了超细化的程度。该类钢的淬火硬度为64.5～65.5 HRC,在200～250℃之间的回火硬度都有很好的抗回火性,多为61～63 HRC,与合金设计预测结果相符。分析认为,超细碳化物中合金高碳钢须Cr、W、Mo及微量V同时合金化,才能有效地发挥合金元素的作用,促进碳化物细化。     

镍基高温合金GH141平衡析出相的热力学计算分析

应用Thermo-Calc热力学计算软件,对GH141合金的平衡析出相和非平衡凝固过程进行了模拟计算。结果表明:GH141合金的平衡析出相有γ、γ′、σ、μ和碳化物(M C、M_6C、M_(23)C_6);合金凝固过程中Mo、Ti元素正偏析比较严重,这会降低合金的初熔点;Al、Ti含量对γ′相的开始析出温度和最大析出量有很大影响;C是碳化物最大析出量的控制元素,且M C、M_6C、M_(23)C_6碳化物的主要富集元素分别是Ti、Mo、Cr。研究结果为合金的成分设计和热处理提供一定的理论依据。     

4335V钢中碳化物的研究

实验表明,4335V钢淬火回火后析出三种碳化物:(1)M_3C,在200至700℃回火时析出,其中溶有Cr,Mn,Mo,V,随回火温度升高,Cr含量从2.6％增至19.5％;(2)M_7C_3,在400℃以上回火时析出,其中含Cr20—30％,还溶有Mn和Mo;(3)M_4C_3,在高于500℃回火时析出,其中M为V,Mo,Cr,其原子比为V:Mo:Cr≈7:1:1。 本文还研究了碳化物的形貌和分布特征,以及与淬火亚结构的关系,初步分析了它们对钢的低温冲击韧性的影响。