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。     

高温长时服役HR3C钢焊接接头的组织与性能

采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪以及拉伸和弯曲试验研究了高温服役4.2万小时超超临界机组用HR3C钢焊接接头的微观组织和力学性能。研究结果表明,高温长时服役后HR3C钢焊缝金属中形成了大量条状和颗粒状M₂₃C₆析出相,焊接热影响区奥氏体晶粒长大,在晶界附近形成了板状M₂₃C₆相。拉伸和弯曲试验结果表明HR3C钢焊接接头高温服役后表现出明显的时效脆化倾向。     

650 ℃时效Super 304H耐热钢的显微结构与高温拉伸性能

研究了650 ℃不同时间时效Super 304H钢的显微组织及高温拉伸力学性能特征,探讨其高温拉伸断裂机制.结果表明:高温时效Super 304H钢中析出ε富铜相、Nb(C,N)和M7C3等析出相颗粒.时效初期,M7C3相优先在晶界析出,Super 304H高温强度显著提高,但塑性快速下降.在时效300 ～500 h时,由于M7C3相逐渐粗化,其高温强度及塑性下降较快.继续时效导致细小ε富铜相和Nb(C,N)相在奥氏体晶内持续析出、弥散分布,其高温强度及塑性逐渐稳定.时效态Super 304H钢高温拉伸断裂呈剪切断特征.采用应力三轴度理论解释了650 ℃时效Super 304H钢的高温拉伸变形行为及拉伸断裂机制.     

服役后HR3C钢高温持久组织的研究

通过高温持久试验、金相显微镜、扫描电镜及能谱仪、X-射线衍射仪,研究了服役5万小时后HR3C钢在650℃条件下的高温持久组织。结果表明,服役后HR3C钢的高温持久断口主要为沿晶断裂,断口区域处的组织已经处于严重脆化状态。服役后HR3C钢持久过程中的析出相主要有NbCrN、Nb(C,N)和M_(23)C_6。细小弥散分布的NbCrN和Nb(C,N)有利于提高高温强度,而沿晶呈链条状分布的M_(23)C_6可严重削弱HR3C钢的高温强度。     

650℃时效HR3C耐热钢的显微组织与高温拉伸性能

针对650℃直到3000 h时效的HR3C钢,研究其显微组织的变化及对其高温拉伸力学性能的影响,探讨650℃时效HR3C钢的高温拉伸断裂机制。结果表明:高温时效过程中,晶界强化、晶内弥散强化和奥氏体基体脱溶弱化等效应导致时效HR3C钢的高温拉伸力学性能发生明显变化。时效初期(500 h)HR3C钢高温强度变化不大;时效中期(500~1000 h)HR3C钢高温强度大幅提高,但塑性持续降低;时效后期(1000 h),HR3C钢组织结构渐趋稳定,其强度和塑性变化不大。随时效时间延长,HR3C钢高温拉伸断裂机制由正断向剪切断转变。     

时效粗、细晶Super304H钢的第二相析出行为及力学性能

采用预变形后固溶处理的方法制备了粗晶Super304H钢试样，对比研究了粗、细晶Super304H钢试样在700℃时效过程中的第二相析出行为及力学性能。结果表明：时效过程中，细小MX相与富Cu相颗粒主要分布于奥氏体晶内，奥氏体晶粒尺寸对其析出行为影响不大。粗晶Super304H钢中的M₂₃C₆相颗粒择优沿奥氏体晶界析出，长大速率大，时效1200 h后，呈连续网络状分布。随着时效时间的延长，粗、细晶Super304H钢试样的室温及高温拉伸强度先上升后下降，最终趋于稳定，断后伸长率单调下降。时效态粗晶Super304H钢试样的室温、高温拉伸力学性能，尤其是塑性，均明显小于时效态细晶Super304H钢试样。     

650 ℃时效SP2215奥氏体耐热钢管的微观组织和力学性能

通过OM、SEM、TEM和显微硬度、室温冲击以及高温拉伸试验,研究了650 ℃时效不同时间后SP2215奥氏体耐热钢管的微观组织、力学性能及断裂机理。结果表明,固溶态SP2215钢微观组织由奥氏体,少量孪晶及未溶NbN和Z相组成;650 ℃时效时Cr23C6优先在奥氏体晶界析出,且随时效时间延长逐渐增多、粗化并形成连续网状;球形富Cu相在奥氏体晶内析出且尺寸稳定,时效2012 h约为15 nm;SP2215钢晶内室温显微硬度在时效50 h时基本达到最大值,之后趋于稳定,这与稳定富Cu相的析出强化作用有关;SP2215钢具有明显的高温时效脆化倾向,时效2012 h室温冲击吸收功较固溶态降低约78.5%,室温冲击断裂随时效时间延长由韧性断裂向沿晶脆性断裂转变,这是由Cr23C6在奥氏体晶界析出并逐渐聚集、粗化导致的。SP2215钢在650 ℃,2.5×10-4 s-1应变速率下拉伸时出现锯齿流变（Portevin-Le Chatelier, PLC）现象,锯齿类型为Type(A+B),随时效时间延长PLC逐渐“减弱”,但锯齿类型不变;随时效时间延长SP2215钢高温拉伸屈服强度基本保持稳定,抗拉强度和断面收缩率逐渐降低,高温拉伸断裂由韧性断裂向准解理脆性断裂转变。     

高温服役4.2万小时超超临界机组用HR3C钢组织与性能

采用X射线衍射分析仪、光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及拉伸、弯曲力学性能试验对高温服役4.2万小时超超临界机组用HR3C钢的微观组织与力学性能进行了测试表征。结果表明,高温服役后HR3C钢中形成了Cr Nb N,M23C6,Nb(C,N)析出相,受热力学驱动和动力学生长因素影响,各析出相具有不同的数量、形态和分布特征。由于服役过程中形成的析出相的影响,高温服役后HR3C钢塑韧性明显降低,表现时效脆化倾向。     

Al对IN718合金拉伸性能及稳定性的影响

Al对IN718合金拉伸性能及其稳定性影响的研究结果表明,在标准热处理状态下,Al增加合金中γ"和γ'相析出总量,提高合金室温和680℃的抗拉伸强度,但Al抑制晶界δ相析出,促进Laves相、M7C3相和σ相等在晶界析出,恶化合金的拉伸塑性.经680℃长期时效以后,γ"和γ'相粒子长大,其中高Al合金中析出的γ"/γ'"包覆组织"的长大速率比常规合金中的γ"相小,但两者拉伸强度下降的速度基本相同;合金晶界状态恶化,使室温拉伸塑性明显降低;强化相粒子长大,合金基体的高温强度降低,使680℃拉伸塑性升高.     

HR3C焊接接头700℃长期时效后的组织与性能分析

对HR3C钢焊接接头在700℃长期时效后进行了力学性能、系列冲击试验,采用光学显微镜对焊缝的显微组织进行了观察与分析。结果表明,HR3C焊接接头在700℃长期时效后拉伸性能良好,但晶界和晶内均有化合物析出,弯曲试样已发生脆断。     

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。     

低硬度P91钢管长时服役后的组织性能和安全性评价

通过显微组织观察和能谱分析、室温拉伸试验、室温冲击试验、高温短时拉伸试验、高温持久性能试验研究了低硬度P91钢管服役10⁵ h后的组织和性能,并进行安全性评价。结果表明:长时服役硬度为157 HBW的低硬度P91钢管组织为块状铁素体和大尺寸析出相M₂₃C₆,与正常硬度管相比,其常温力学性能和高温短时力学性能大幅降低,10⁵ h持久强度外推值低于标准推荐值36%,通过评估得出该机组高压导汽管低硬度直管段剩余寿命为54 075 h,机组运行存在较大安全隐患。     

温度对U-2.5%Nb合金力学性能的影响

研究了U-2.5%Nb合金在-100～700℃温度范围内的力学性能。结果表明,合金的抗拉伸强度随试验温度上升呈下降趋势,其塑性在600℃以下温度并非单调变化,而是在500℃附近延伸率和断面收缩率分别出现极小值,合金拉伸断口与室温(20℃)相比具有明显的沿晶断裂特征。试验温度高于600℃后,合金塑性明显升高。热处理后的该合金加热至500℃经保温并冷至室温后,合金的冲击韧性有所降低。在-100℃～室温的温度范围,合金的冲击韧性随试验温度的降低而下降,并在-30～-10℃的温度范围发生韧脆转变。当温度低于-30℃后冲击韧性下降趋势明显减缓,合金冲击断裂面颗粒高低不平,具有准解理断裂特征。     

HR3C钢焊接接头高温时效后的显微组织和力学性能

通过光学金相显微镜、透射电子显微镜观察和力学性能试验,研究了HR3C钢焊接接头高温时效后的显微组织和力学性能。结果表明,经650℃时效,HR3C钢焊接接头的强度和硬度升高,焊缝硬度上升幅度大于母材;焊缝的时效脆化倾向明显,时效7000 h后缺口冲击吸收能量都保持在15 J以下。焊缝区晶界处M23C6相的连续网状分布及σ相、G相的存在导致了其较低的缺口冲击吸收能量和时效脆性,而晶内均匀细小Z相的沉淀强化作用则提高了接头的强度和硬度。     

长时服役后T92钢管的微观组织及力学性能变化

通过扫描电镜、透射电镜等技术定量研究了T92耐热钢服役80 000 h后的微观组织结构和力学性能,并与未服役的同批次材料进行了对比。结果表明,在服役80 000 h后,T92钢管材的马氏体板条上析出了大量的M₂₃C₆相和Laves相,在板条内部析出MX相,马氏体板条宽度明显增加,但仍然保持着典型的马氏体板条形貌。T92钢室温和610 ℃高温抗拉强度、屈服强度均较未服役样品的低,但室温条件下性能相差较小,而高温条件下的下降幅度较大,且屈服强度接近标准要求的下限。析出相强化和板条强化是T92耐热钢在长时服役后仍具有较高性能的原因。     

电站锅炉用HR3C钢管表面裂纹临界尺寸

以供货态和650℃(外管壁温度)服役18644 h的HR3C钢炉管为对象,采用实验及模型计算相结合的方法,获得HR3C钢管表面裂纹失稳扩展的临界尺寸,用于定量化评估服役HR3C钢管的可靠性。结果表明,供货态和服役态HR3C钢炉管室温及650℃时的K_IC值分别为16.06、2.38 MPa·m^1/2,以及7.92、1.21 MPa·m^1/2。基于K-判据法,推算出供货态及在蒸气压力为5.72 MPa、650℃下服役18644 h的规格为Ф60 mm×4 mm的HR3C钢管表面裂纹失稳扩展的临界尺寸分别为0.67、0.09 mm。最后,结合显微结构及断口分析,确定了服役态HR3C钢管临界裂纹尺寸减小及服役早期失效的原因。     

回火工艺对1Cr12Ni3MoVN钢组织和性能的影响

通过显微组织分析、室温拉伸试验、冲击试验、硬度试验,研究不同回火制度下1Cr12Ni3MoVN钢的显微组织与力学性能。结果表明,随着回火温度的增加,1Cr12Ni3MoVN钢析出相数量不断增加,对材料的强度、冲击性能具有增强效果;碳化物聚集长大,基体组织逐渐由马氏体向回火索氏体转变,杂质元素在晶界处偏聚而降低了材料的断裂抗性,冲击韧性降低,回火温度应取较低温度;随565 ℃回火时间的延长,1Cr12Ni3MoVN钢抗拉强度、屈服强度、硬度下降,塑性变化不大,冲击吸收能量略有增加,回火保温时间不宜过长;随回火冷却速度的降低,1Cr12Ni3MoVN钢强度先升后降,塑性变化不大,冲击吸收能量显著下降,硬度变化不大,建议以空冷方式进行回火冷却。最佳的回火热处理工艺为565 ℃保温2 h,空冷。     

Microstructures and Mechanical Properties of a Newly Developed Austenitic Heat Resistant Steel

The effect of heat treatment on the microstructures and mechanical properties of a newly developed austenitic heat resistant steel(named as T8 alloy) for ultra-supercritical applications have been studied. Results show that the main phases in the alloy after solution treatment are γ and primary MX. Subsequent aging treatment causes the precipitation of M_(23)C_6 carbides along the grain boundaries and a small number of nanoscale MX inside the grains. In addition, with increasing the aging temperature and time, the morphology of M_(23)C_6 carbides changes from semi-continuous chain to continuous network.Compared with a commercial HR3C alloy, T8 alloy has comparable tensile strength, but higher stress rupture strength. The dominant cracking mechanism of the alloy during tensile test at room temperature is transgranular, while at high temperature, intergranular cracking becomes the main cracking mode, which may be caused by the precipitation of continuous M_(23)C_6 carbides along the grain boundaries. Typical intergranular cracking is the dominant cracking mode of the alloy at all stress rupture tests.     

热处理对热锻模材料GH4698组织和性能的影响

研究了不同固溶温度和和冷却方式对GH4698合金的组织、室温性能、高温性能及断裂韧性的影响。结果表明:1030℃低温固溶,合金获得细小均匀的晶粒尺寸;1030℃固溶+炉冷,γ′相初始尺寸偏大,屈服强度偏低,而1030℃固溶后空冷可以获得960 MPa室温屈服强度和750 MPa的750℃高温屈服强度,750℃高温断裂韧性达到13 kJ/m²;1100℃高温固溶,晶界碳化物包膜,且大中尺寸γ′相与小尺寸γ′相的质量比值高,导致屈服强度不足;相比航空件标准热处理制度,模具材料用GH4698合金采用1030℃×8 h/AC、1000℃×4 h/AC、760℃×16 h/AC+700℃×16 h/AC的热处理制度,可以获得750℃服役温度下最佳的屈服强度和足够的塑性,满足热模锻的使用要求。     

服役态Super304H过热器钢管显微组织及力学性能

采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等对某超超临界机组服役40 000 h后Super304H过热器钢管不同区域的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,服役40 000 h后Super304H钢管外壁出现异常长大的奥氏体晶粒,TEM测试表明外壁M₂₃C₆颗粒的粗化明显,且大量M₂₃C₆颗粒沿晶界连续分布,而MX相和富Cu相长大不明显;异常长大的晶粒导致服役态Super304H钢管外壁粗晶区的室温抗拉强度和冲击性能较供货态下降了21.9%和50%,粗晶区冲击试样断口沿晶断裂特征明显,其脆性显著增加,对Super304H钢管的服役安全性构成威胁,应加强监督消除因外壁奥氏体晶粒异常长大而带来的爆管等安全隐患。