服役230000h的X20马氏体耐热钢主蒸汽管道的组织和性能

以热电厂服役时间长达230000 h的主蒸汽管道X20马氏体耐热钢为研究对象,通过室温和服役高温的力学性能测试、组织以及亚结构和析出相的SEM、TEM观察、电解萃取相XRD物相分析等,研究了耐热钢长期服役的力学性能和显微结构变化。结果表明:服役钢除室温冲击性能下显著下降外,其他的力学性能退化并不显著。服役后材料的组织仍为典型的马氏体,但马氏体组织粗化明显,出现板条碎化,板条界移动,位错密度下降,碳化物粗化等现象。服役前后材料中碳化物形态和种类出现明显变化,耐热钢中主要碳化物M23C6长期服役后粗化显著,原始态中存在的亚稳态碳化物M2C及M6C和部分MX溶解,析出了Laves相和Z相。     

高温服役50000 h后P92钢焊缝金属组织变化

利用金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射分析等方法研究了服役50 000 h后P92钢焊缝金属的组织变化。结果表明,服役前P92钢焊缝金属析出相主要为细小颗粒状的M23C6,服役50 000 h后马氏体板条依然清晰,组织中析出相数量显著增多,除M23C6相外沿晶界和板条界分布了大量的块状Laves相,其数量和尺寸均大于M23C6相。这将对P92钢焊缝金属的性能产生不利影响。     

高温服役50 000 h脆化HR3C钢的持久寿命分析

通过室温拉伸试验、高温短时拉伸试验、高温冲击试验、高温持久性能试验、显微组织观察和能谱分析研究了服役50 000 h的HR3C钢的组织和性能。结果表明:服役50 000 h的HR3C钢在室温下明显脆化,塑性大幅下降,但强度和硬度仍符合标准要求;665 ℃高温下的韧性和塑性较室温时有显著提升,高温强度也满足标准要求;晶界和晶内析出大量第二相,晶界处聚集分布的块状M₂₃C₆相是导致HR3C钢脆化的主要因素,晶内析出的NbCrN相则可以产生弥散强化效应;665 ℃高温下持久强度仅比标准推荐值降低10%,以末级过热器管为例,估算脆化HR3C钢的剩余寿命仍超过100 000 h。     

一种新型多尺度碳氮化物强化马氏体耐热钢的研制

为了强化马氏体耐热钢,采用控制热变形程中的温度、速率、弛豫时间及热处理工艺的方法制备了多尺度碳氮化物。研究了工艺参数和热处理工艺对多尺度碳氮化物析出相的影响。结果表明,碳氮化物析出相尺度主要分布在50 nm以下和100～200 nm,其中尺寸在50 nm以下的析出相可强化基体和阻碍位错运动;而尺寸在100～200 nm的碳氮化物析出相可促进亚晶界的形成以及马氏体板条界和原奥氏体晶界的稳定。经过处理的马氏体耐热钢在蠕变或时效过程中组织的高温稳定性增强,可延长材料在高温长时条件下的服役寿命。     

T92钢700℃高温时效组织与性能

对T92钢在700℃,时间为200、500、800、1000 h的高温时效处理后材料的显微组织和力学性能(包括拉伸性能、冲击性能和硬度)进行研究,同时与供货态T92钢的性能和组织进行比较。试验结果表明,T92钢在700℃时效过程中,强度和硬度值均有所下降,但下降幅度不大;而冲击吸收能量显著下降,和原始试样相比,时效1000 h后,冲击能量下降约26%。显微组织观察结果表明,时效过程中T92钢仍保持马氏体板条形貌,但随着时效时间的延长,马氏体板条宽化,且有亚晶出现。交货态显微组织中的析出相类型主要为M23C6型碳化物,时效过程中,M23C6型碳化物晶界析出并长大,是冲击吸收能量下降的主要因素,MX相在时效过程中数量增加但粗化不明显,时效500 h后Laves相析出,但数量很少,在时效后期有所粗化,数量没有增加。     

P92钢管高温持久试验及组织演变研究

在不同温度下,对P92钢管进行高温持久试验,并根据试验数据外推出其在625 ℃/105 h的持久强度为103.8 MPa,说明P92钢管具有优异的高温持久性能.分析了P92钢管的金相组织及在高温下的组织演变情况.分析认为,由于P92高温持久试样长时间处于高温环境,马氏体板条发生粗化,板条内位错密度降低,析出相M23C6...     

超超临界机组用P92钢高温服役8000h后显微组织与韧性

利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪和冲击试验研究了运行了8000 h的1000 MW超超临界机组主蒸汽管道P92钢的显微组织和韧性。结果表明,主蒸汽管道P92钢在600℃服役8000 h后,显微组织呈现大量析出相分布于马氏体基体之上的形貌,析出相除了供货状态(正火+高温回火)存在的MX相以及M23C6相之外,还有时效后在原奥氏体晶界和马氏体板条界处产生的Laves相;运行8000 h后,P92钢的韧性明显地下降,这主要与Laves相的析出和粗化有关。     

X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢的组织和高温力学性能

试验研究了X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢的显微组织和高温力学性能。结果表明:该钢经1075℃#1 h油冷淬火+570℃×4 h,空冷一次回火+720℃×2 h,空冷二次回火后的显微组织为典型的回火板条状马氏体组织,在原奥氏体晶界和板条界分布M23C6型碳化物,在马氏体板条内分布有纳米尺寸的MX相,此外还有少量在淬火加热时未溶解的尺寸达到0.6μm的残余MX相;在500～650℃范围内抗拉强度和屈服强度随试验温度的升高而降低,伸长率和断面收缩率随试验温度的升高而升高;持久强度与Larson-Miller参数P=T(25+lg(tf))/1000之间符合抛物线关系。     

G115钢650℃蠕变试验不同时间后的微观组织和硬度

对经1 100℃保温1 h空冷正火和710℃回火3 h的G115钢进行了650℃持续1 000、1 879、5 000和7 288 h的蠕变试验,检测了蠕变试验后钢的硬度和显微组织。结果表明:G115钢在650℃蠕变试验0～1 000 h内,硬度下降较缓慢,随着蠕变试验时间的进一步延长,硬度快速下降。正火和回火后,G115钢晶界和板条界析出了较多细小的粒状M23C6相,650℃蠕变试验后,晶界和板条界析出了较细小的粒状M23C6相和较粗大的块状Laves相,晶内析出细小的富铜相和MX相。蠕变试验0～1 000 h过程中有大量相析出,并随着蠕变时间的延长而长大。蠕变试验过程中,位错密度下降,马氏体板条变宽,晶粒长大,导致蠕变试验后钢的硬度降低。在蠕变试验0～1 000 h的过程中,由于有大量的相析出,钢的析出强化效果显著,部分弥补了位错强化和马氏体板条强化作用的减弱,因此硬度下降缓慢。析出相不仅影响析出强化效果,还阻碍位错密度下降和马氏体板条变宽,是影响G115钢650℃蠕变试验过程中硬度变化的关键因素。     

T91管外径蠕变对组织与力学性能影响

通过对在役不同外径蠕变应变状态T91管取样,采用光镜、扫描电镜及力学性能试验分析T91管在长期服役中的不同外径蠕变应变状态下组织、力学性能演变规律,研究外径蠕变应变对其组织及室温力学性能影响。结果表明,随着外径蠕变应变的增加,马氏体板条特征逐渐消失,M23C6型碳化物粗化及沿晶界析出、聚集与粗化,原奥氏体晶界和亚晶界逐渐清晰、粗化;室温屈服强度、抗拉强度随外径蠕变应变增加而降低,而断后伸长率随外径蠕变应变的增加遵循先增后降的趋势。沉淀相M23C6型碳化物粗化及所导致的板条亚结构退化、碳化物沿原奥氏体晶界和亚晶界析出及所导致的晶界变宽是T91管高温运行中外径蠕变造成强度降低和最终失效的主要原因。     

热模拟Q890高强钢焊接过程中组织转变的原位观察

采用高温激光共聚焦显微镜对6 mm厚Q890高强钢板进行了焊接热模拟试验。通过原位观察研究了不同焊接热输入条件下钢板显微组织的形核和核长大过程。结果表明:焊接后在t_8/5为300 s的条件下冷却的钢板奥氏体晶界析出块状铁素体,室温组织为先共析铁素体、粒状贝氏体和少量板条贝氏体;在t_8/5为60 s的条件下冷却的钢板,贝氏体转变从奥氏体晶界开始,室温组织主要为针状铁素体、板条贝氏体和粒状贝氏体;在t_8/5为30 s的条件下冷却的钢板,板条贝氏体呈缠结互锁状,室温组织主要为板条贝氏体和板条马氏体;在t_8/5为15 s的条件下冷却的钢板室温组织为板条马氏体及少量板条贝氏体。通过采用高温激光共聚焦显微镜进行焊接热模拟试验并结合组织转变的原位观察来判定高强钢钢焊接性能是可行的。     

回火温度对新一代传动齿轮钢C61组织及性能的影响

采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、拉伸试验机和冲击试验机等分析手段对C61齿轮钢试样经1000 ℃淬火+回火处理后组织和碳化物的析出行为及力学性能进行了研究。结果表明,试验钢在淬火和深冷状态下,一次碳化物基本溶解,基体为板条马氏体组织,此时固溶强化作用提供了较好的强韧化基础。当回火温度为420 ℃时,析出的M₃C渗碳体为其提供了较高的强度,但这种析出相的存在对冲击性能具有较大的损伤;M₃C渗碳体会在482 ℃回火时溶解,10~20 nm尺寸的棒状M₂C碳化物在板条马氏体内的弥散析出,提供了较高强度的同时改善了冲击性能。随着回火温度的继续升高,大量逆转变奥氏体生成,不仅有效提高冲击性能,同时强度下降也更为明显;且M₂C碳化物粗化长大,第二相的强化作用降低。综合得出,试验钢在482 ℃的回火条件下能达到较好的强韧化匹配,抗拉强度和屈服强度分别为1781 MPa和1546 MPa,冲击吸收能量为97 J,硬度峰值为52 HRC。     

固溶及时效温度对沉淀硬化模具钢10Cr3Mo3NiCuAl硬度及组织的影响

通过热力学分析计算,结合硬度测试、光学和扫描电镜观察研究了固溶温度及时效温度对10Cr3Mo3NiCuAl钢组织和硬度的影响。结果表明:试验钢在950 ℃固溶时,组织均匀细小,主要为板条马氏体+少量残留奥氏体,碳化物基本溶于基体,此时硬度较高,随固溶温度升高,马氏体板条出现粗化现象;试验钢在520~540 ℃时效处理时,基体中析出大量金属间化合物Ni₃Al,起到了沉淀强化作用,硬度较高,随时效温度升高,组织中出现回火索氏体,导致硬度快速下降。推荐最佳固溶温度为950 ℃,最佳时效温度为520~540 ℃。     

Nb微合金化对Cr-Ni-Mo-V系高强钢组织及力学性能的影响

对含Nb与不含Nb的Cr-Ni-Mo-V系高强钢进行880℃×1 h淬火+300℃×3 h回火处理,并采用SEM、EBSD、TEM和物理化学相分析等技术分别对其微观组织和析出相进行观察分析。结果表明,添加了0.035%Nb的试验钢组织得到细化,马氏体板条块尺寸从3.1μm下降至2.9μm,且Nb的添加使得MC型析出相的含量增加,析出相尺寸分布得到优化,尺寸在18～200 nm的析出相含量明显增加。由于析出相含量的增加,固溶C含量有所下降,加之含Nb试验钢中的原始C含量稍低,导致含Nb钢的强度稍有下降,但仍达到2000 MPa水平。而马氏体组织的细化及析出相尺寸分布的优化使含Nb试验钢韧性明显提升,室温和-40℃低温冲击吸收能量(KU₂)均提高至44 J。     

热处理工艺对G115钢铸件组织与性能的影响

以均匀化退火后的G115钢铸件为对象,研究了不同正火+回火工艺处理对其显微组织及力学性能的影响,其中正火工艺分别为1070 ℃×1 h,AC和1100 ℃×1 h,AC,回火工艺分为一次回火(780 ℃×3 h,AC)和两次回火(780 ℃×3 h,AC+750 ℃×3 h,AC)。结果表明:随着正火温度的上升,G115钢铸件的室温强度和650 ℃高温强度均有所上升,而韧性有所下降,塑性无明显变化;随着回火次数的增加,G115钢的室温强度和650 ℃高温强度均有所降低,韧性和塑性无明显影响。正火+回火处理后G115钢铸件中的析出相主要有Laves相、M₂₃C₆以及MX(NbC、VN)相,冲击断口形貌呈解理或准解理断裂特征。随着正火温度升高,马氏体板条块(Block)宽度有所增加,排列相对整齐。原奥氏体晶粒尺寸是G115钢室温强度贡献值中晶界强化量的有效晶粒尺寸。推荐的热处理制度为1100 ℃×1 h(AC)正火+780 ℃×3 h(AC) 回火。     

形变热处理对11Cr3Co耐热钢组织性能的影响

为了提高火电发电效率，要求耐热钢在更高的服役温度下保持良好的高温性能。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)与电子探针(EPMA)等手段，研究了不同变形量的形变热处理对11Cr3Co耐热钢组织性能的影响。结果表明，随变形量的增加，11Cr3Co钢板基体组织得到显著细化，马氏体板条宽度变细，小角度晶界数量减少；在200~700 ℃拉伸时，不同变形量形变热处理的钢板抗拉强度均得到提升，伸长率略有降低；在400、600 ℃拉伸时，经20%TMT700-T处理后的钢板抗拉强度分别为299、269 MPa，伸长率分别为19.3% 、21.93%，具有优异的综合力学性能。形变热处理钢板组织中的高密度位错能够促进析出粒子数量增加且使40~100 nm M23C6与10~30 nm MX粒子的分布更加均匀弥散，更好地保证了耐热钢组织的高温稳定性。     

固溶温度对G33超高强度钢微观组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和物理化学相分析技术等方法研究了固溶温度对G33新型超高强度钢组织和性能的影响。结果表明:G33钢在860 ℃固溶时板条马氏体基体上存在M₆C、VC和NbN未溶相并且以M₆C碳化物为主;随着固溶温度升高,未溶相快速溶解,VC和M₆C相分别在940 ℃和980 ℃完全溶解;M₆C、VC未溶相的溶解使微裂纹缺乏形核点而不易萌生,同时提升了基体中合金元素固溶量,增强了固溶强化效果,让G33钢在保持高强度(2000 MPa级)的同时提高了冲击性能。     

低合金耐磨钢板NM600组织及其磨损性能研究

对一种新型高级别低合金高强度耐磨钢NM600进行热处理实验,研究了淬火温度和回火温度对实验钢组织和力学性能的影响,并分析了最优工艺条件下实验钢的磨损性能。结果表明：当淬火温度为880 ℃,回火温度为180 ℃时,实验钢力学性能最优,其中维氏硬度、抗拉强度、伸长率和-40 ℃冲击功分别为628 HV、2 000 MPa、7.3%、27.8 J,实验钢组织为典型的板条马氏体结构,马氏体板条内部及其板条界面上分布着细小均匀的碳化物。三体冲击磨损实验结果表明：工艺优化后的实验钢的耐磨性能与瑞典SSAB公司生产的HARDOX600相近,是NM400钢的1.376倍,抗磨损性能良好。     

形变热处理对11Cr3Co耐热钢组织性能的影响

为了提高火电发电效率，要求耐热钢在更高的服役温度下保持良好的高温性能。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)与电子探针(EPMA)等手段，研究了不同变形量的形变热处理对11Cr3Co耐热钢组织性能的影响。结果表明，随变形量的增加，11Cr3Co钢板基体组织得到显著细化，马氏体板条宽度变细，小角度晶界数量减少；在200~700 ℃拉伸时，不同变形量形变热处理的钢板抗拉强度均得到提升，伸长率略有降低；在400、600 ℃拉伸时，经20%TMT700-T处理后的钢板抗拉强度分别为299、269 MPa，伸长率分别为19.3% 、21.93%，具有优异的综合力学性能。形变热处理钢板组织中的高密度位错能够促进析出粒子数量增加且使40~100 nm M23C6与10~30 nm MX粒子的分布更加均匀弥散，更好地保证了耐热钢组织的高温稳定性。