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新设计的马氏体耐热钢的组织稳定性

2017-09-22 10:27 来源:中联钢
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随着超超临界机组服役温度的提高和更为苛刻的腐蚀环境,不断推陈出新,开发新的耐高温钢成为迫切的要求。目前,P92钢是一种成熟的经济型钢种,在国内的超超临界火电机组中得到了广泛的应用。在长时时效过程中,耐热钢的沉淀强化效果主要由沉淀强化型的尺寸与分布来决定,高温下沉淀强化效果的衰弱是由沉淀强化相的粗化而引起的。碳氮化物MX相的尺寸通常为5~25mm左右,由于其具有较低的粗化速率、较高的高温热稳定性而被广泛用作耐热钢的重要的长时强化相。 本课题以一种新设计的由MX相(Ti,Nb)(C,N)强化的马氏体耐热钢MPHI钢为研究对象,重点研究了在650℃下时效过程中,MPHI钢的力学性能与组织稳定性之间的相互关系,旨在为设计服役更高温度的材料提供一定的参考依据。 试验用MPHI钢采用25kg容量真空感应炉进行冶炼,浇铸后得到铸锭。1200℃下均匀化处理2h后,在保证终轧温度不低于900℃的条件下,经过7个道次的轧制,将该钢轧制成厚度为7mm的薄板,其化学成分为(质量分数,%):C0.061,Cr10.65,Ni3.05,Ti0.15,Al0.34,Co4.78,Nb0.30,N0.019,Fe余量。 为了在室温下能获得最大量的马氏体,减少基体内存在的有害相,需要对材料进行适当的固溶热处理,而后进行时效处理。热处理的工艺方案为:MPHI钢、对比用钢P92分别在1200、1050℃下固溶处理2h,然后在650℃下进行时效。采用冲击、拉伸试验、X射线衍射分析和显微组织观察,研究在650℃下时效过程中新设计的MPHI钢的力学性能与组织稳定性的相互关系。结果表明: (1)新设计的MPHI钢具有全马氏体组织,且在650℃下时效过程中,具有稳定的高温力学性能。 (2)MPHI钢650℃高温时效1000h后,基体组织仍保持板条马氏体形貌,但随着时效时间的延长,马氏体宽度增加,且有亚晶出现。 (3)时效过程中,析出相M23C6呈颗粒状或棒状分布,优先在晶界和板条界处析出并长大;分布在晶内的MX相是稳定相,粗化速率极低,在时效过程中没有发生明显的变化。 (4)与P92钢对比,在相同的热处理制度下,虽然MPHI钢的初始硬度较低,但是在整个时效过程中其硬度的衰变速率要小;在时效600h后,MPHI钢的硬度值将超过P92钢。在整个时效过程中,MPHI钢和P92钢具有类似的析出强化相,但是初始阶段P92钢内的M23C6相的析出量较大,故而硬度值将较高;随时效的继续,当MX相不断析出且成为主要的强化相时,虽然(Ti,Nb)X较VX的析出速率低,但是MPHI钢中的MX相的基体分数较大,故硬度值的大小发生反转。(心远)

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