国产Super304H钢高温持久后微观组织与性能

为促进国产Super304H钢的推广应用,采用硬度测试、金相组织分析、透射电镜(TEM)分析、扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)分析等对国产Super304H钢在600、650、700℃高温持久后的微观组织及性能进行了试验研究。结果表明:在高温持久过程中,国产Super304H钢基体组织稳定,晶粒无明显变化,其硬度的升高主要与第二相的析出有关,析出相主要为ε-Cu、二次Nb(C,N)和M23C6,细小弥散的ε-Cu、二次Nb(C,N)使Super304H具有较高的强度。Super304H钢在高温持久过程中的组织老化主要表现为M23C6在晶界聚集、沿晶界呈链状分布,以及颗粒尺寸粗化。国产Super304H钢持久10 000 h后,其强度、硬度仍处于较高水平,组织状态良好。

国产Super304H耐热钢实炉高温腐蚀性能研究

研究了真实烟气环境下国产Super304H耐热钢试验管的高温腐蚀性能。通过X射线衍射仪、扫描电镜和能谱分析仪对该试验管进行研究。结果表明:断面腐蚀层呈多层结构,包括外层、内层和渗透层。其中腐蚀外层发生碱金属复合硫酸盐反应,内层发生氧化反应,而渗透层中氧化和硫化反应同时进行。试验管外表面发生剥落,剥落位置位于腐蚀内外层间的界面,主要原因为运行过程温度的波动性及内外腐蚀层的热膨胀差异性。

超超临界机组用国产Super304H钢管原始态及服役态的力学性能

对国产Super304H钢管(包括原始状态管、服役12 000h和34 000h的运行管)进行了常规试验,包括拉伸、冲击、硬度、金相检验。结果表明:国产Super304H原始管的各项性能指标均符合相关标准的要求;随着服役时间的延长,运行管拉伸性能和硬度的变化幅度不大,但冲击韧度却出现明显下降,且焊缝的冲击韧度明显较母材的低;冲击韧度的急剧下降与碳化物在晶界上的大量析出和聚集有密切关系。

TP347H与Super304H耐热钢热疲劳过程的变形与开裂行为研究

基于金属板材热疲劳试验方法(HB 6660-2011),对比分析了TP347H和Super304H两种耐热钢的供货态、相同热处理条件下的固溶态和时效态试样在热疲劳过程中底部尺寸的变形行为,以及缺口部位裂纹形貌。结果表明:这3种状态Super304H钢在热疲劳试验后的变形均小于相应TP347H钢的,TP347H缺口呈现相对较大的钝化,时效态试样钝化最大,裂纹最短。缺口附近的观察结果,TP347H在缺口附近龟裂损伤程度弱于Super304H钢的,开裂方式主要为沿晶开裂,也有部分穿晶开裂。

Super304H管材高温服役过程组织与性能的变化

通过室温拉伸、冲击试验、硬度测试、金相组织分析、扫描电镜及能谱分析等,对600℃超超临界锅炉用国产Super304H管材高温服役过程的微观组织和力学性能进行了试验分析.结果表明:与国产原始钢管相比,高温服役后国产Super304H管材的室温强度和硬度升高、塑性和韧性下降,焊接接头的强度、硬度、冲击韧性不断降低且明显低于同一服役时间的母材.服役30 000h以上后,管材的力学性能仍处于较高水平,基体组织稳定,晶粒未见长大,微观组织开始出现M23C6沿晶界呈链状分布的老化迹象.可见,国产Super304H管材组织状态良好,在目前600℃超超临界机组设计条件下可稳定运行,建议加强对国产Super304H管材焊接接头的金属监督.

超超临界机组用SUPER304H钢管国产化关键制造工艺的分析

通过对国内外制造的SUPER304H奥氏体钢管实物成分的分析,结合该钢种合金元素的强化机理作用,提出在国产化关键制造工艺中对SUPER304H钢管采用内壁喷丸技术,并利用金相浸蚀技术观察和测试了国外SUPER304H钢内壁喷丸实物和应变层深度.结果表明：喷丸实物应变层深度约为40-70μm,喷头的喷射压力大于0.7 MPa.此外,还对制管过程的热处理、冷加工变形量和喷丸等关键工艺进行了分析.

超(超)临界机组用SUPER304H管国产化关键制造工艺分析

本文通过对国内外制造的SUPER304H实物成分的分析,结合其合金元素的强化机理作用,对制管过程的热处理、冷加工变形量、喷丸等关键工艺进行了分析和阐述。

Super304H奥氏体不锈钢的抗高温氧化性能

采用称重法测得了Super304H和Super304HS两种奥氏体耐热不锈钢在不同温度下的高温氧化动力学曲线,研究发现:两种不锈钢的氧化动力学曲线遵循抛物线规律,Super304HS的抗氧化性能明显优于Super304H,而且Super304H在900℃时氧化100 h后,氧化膜明显脱落.利用扫描电镜、X射线衍射的方法对Super304H不锈钢氧化膜表面的形貌及结构进行了研究,结果表明:在700℃和800℃时,两种材料氧化膜组成相似,都是Cr2O3和少量尖晶石结构的FeCr2O4,Su-per304H钢在900℃时的氧化产物主要由Cr2O3,Fe2O3和尖晶石FeCr2O4组成,Super304HS在900℃时的氧化膜主要由Cr2O3和尖晶石FeCr2O4组成.

Super304H奥氏体耐热钢微观组织研究

为了深入认识新型奥氏体耐热钢Super304H(0.1C-18Cr-9Ni-3Cu-Nb,N)的微观组织,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针和X射线衍射等手段,研究了Super304H钢合金元素的分布和析出相的组成及分布形态.试验结果表明,Super304H钢在供货状态下的显微组织由γ-基体和析出相组成.与传统的18-8不锈钢相比,这种奥氏体钢晶粒均匀细小,晶粒尺寸约46μm.析出相主要由Nb(C,N)和富铜相组成,Nb(C,N)有呈方向性分布的条块状和呈弥散分布的细小颗粒状两种形态,条块状的Nb(C,N)是软化过程中残留下来的,而弥散分布的是固溶处理及冷却过程中析出形成的.其中弥散分布的Nb(C,N)与富铜相对细化晶粒和改善钢的高温强度起重要作用,而多种复合强化机制使得Super304H钢具有优异的高温性能.

时效温度对Super304H钢析出相的影响

利用扫描电子显微镜、电子探针、X射线衍射和透射电镜研究了新型奥氏体耐热钢Super304H在高温时效条件下析出相的变化。结果表明,Super304H钢经700-1250℃时效后,组织中出现4种析出相：Nb（C,N）、富Cu相、M23C6和NbCrN。随时效温度的不同,析出相发生析出或溶解的变化,同时它们的形态、分布和数量随温度变化呈现出不同的变化规律,其中M23C6在700-900℃主要沿晶界析出,这将会降低钢的高温蠕变强度及抗晶间腐蚀性能。

T92/Super304H异种钢焊接接头的组织结构和力学性能

采用钨极氩弧焊(GTAW)技术,采用ERNiCr-3和ERNiCrMo-3两种镍基焊丝实施T92/Super304H异种钢焊接,并对接头的显微组织结构及力学性能进行测试分析。结果表明:T92侧热影响区(HAZ)中粗晶区析出大量的第二相颗粒,细晶区则为细小的索氏体组织;Super304H侧HAZ奥氏体晶粒长大,晶界析出明显;ERNiCr-3焊接的焊缝组织呈胞状结构,晶粒粗大;ERNiCrMo-3焊接的焊缝组织呈柱状晶组织特征。ERNiCrMo-3焊接的接头强度、塑性及硬度较大,拉伸断裂位于Super304H母材;而ERNiCr-3焊接的接头强度、硬度较低,但冲击韧性较高,拉伸断裂位于焊缝。

T92/Super304H异种钢焊接接头的性能研究

根据新型耐热钢T92和Super304H钢的焊接特点制定了适宜的焊接工艺,研究了焊制的T92/Su-per304H异种钢焊接接头的力学性能。结果表明,T92/Super304H异种钢接头的各项力学性均能满足使用要求。焊缝金属的韧性远低于T92钢侧热影响区,焊缝金属的结晶形态对焊缝韧性有很大的影响。焊接接头中焊缝金属的硬度值最高,而T92钢侧热影响区硬度最低,并且不同热影响区部位显微硬度变化较大,Super304H钢侧热影响区硬度变化不大。

新型耐热钢Super304H高温时效后的组织与性能

采用光学显微镜、扫描电子显微镜及X射线衍射等手段并通过显微硬度和冲击实验，研究了Supre304H钢经750～1350℃时效后的微观组织和性能。结果表明：高温时效后Super304H钢的微观组织为7相＋析出相；随时效温度的不同，基体晶粒尺寸及析出相的种类、分布发生不同的变化。在750℃左右因微细沉淀强化及细晶组织使得显微硬度达到最大值，而后随温度升高以及析出相、晶粒尺寸与固溶元素的变化，显微硬度呈现先快速下降后缓慢下降的趋势；时效试样的冲击功值随温度升高在850℃左右，由于M28C6沿晶界大量析出导致晶界脆化而达到最低值，后又因析出相的再溶解致使晶界脆化效果趋弱而逐渐升高。

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。

铜含量对Super304H钢持久性能的影响

研究了铜含量对Super30 4H钢持久性能的影响 ,对铜在钢中的作用机理进行了探讨。结果表明 ,随铜含量的增加 ,钢的持久强度增加 ,在质量分数为 4 %时强度和塑性均达到最高。钢中的主要强化相为富铜相、M2 3C6 、MC、M6 C。在时效过程中 ,固溶于奥氏体基体的铜以细小弥散球状富铜相的形式析出 ,形成富铜强化相。

Super304H奥氏体耐热钢时效后的组织结构

利用扫描和透射电子显微镜对Super304H奥氏体耐热钢在650℃×5000 h时效处理后的组织结构进行观察与分析。结果表明Super304H奥氏体钢中存在固溶处理过程未溶解的尺寸约为2μm块状、150 nm球状NbC以及1μm圆形夹杂物,这些NbC与基体不存在特定的位向关系,时效过程析出的尺寸约为8 nm多边形状NbC则与基体存在立方取向关系;M23C6可以NbC为核心析出形成双层结构,偶尔发现在基体单独析出,M23C6与奥氏体存在立方取向关系,在奥氏体晶界析出的多边形状M23C6与基体也存在立方取向关系,而椭圆颗粒状M23C6则不存在这种关系;奥氏体基体内析出大量尺寸约为35 nm的富Cu相与基体存在共格关系,富Cu析出相对Super304H奥氏体钢强化作用主要来自共格强化效应。

Super304H超超临界锅炉过热器管长期服役后的显微组织及力学性能

采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等,对某火电厂超超临界机组正常服役10 000h后锅炉用Super304H过热器管不同区域的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明:未服役的Super304H过热器管中均匀弥散分布着纳米级析出相,晶界上没有析出相的聚集,具有良好的高温强度和塑性;服役后过热器管晶粒粗化,晶界处存在大量连续分布的M23C6相和粗大的Nb(C,N)相,材料的塑性明显下降。

表面加工状态对Super 304H钢抗蒸汽氧化性能的影响

对6种不同表面加工状态(磨床粗磨、砂轮磨削、320号砂纸研磨、600号砂纸研磨、1200号砂纸研磨和抛光)的Super 304H钢在650℃/25MPa超临界水蒸气中的氧化行为进行了研究,采用增重法对氧化1 200h后的试样单位表面上的质量变化进行了测量,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对氧化膜表面和截面形貌、微观结构和元素分布进行了分析,并利用X射线衍射仪(XRD)对氧化膜物相进行了表征.结果表明:Super 304H钢的抗蒸汽氧化性能对材料的表面加工状态比较敏感;不同表面加工状态的Super 304H钢经氧化后,试样单位表面上的质量变化、表面氧化物形态以及横截面氧化物形态差异明显;形成的典型氧化膜分内、外2层,外层氧化膜主要为Fe3O4,内层氧化膜主要为含Cr量较高的(Fe,Cr)3O4以及少量的Cr2O3;随着材料表面粗糙度的增加和比表面应变层的形成,越容易形成具有保护性的富铬氧化膜,Super 304H钢的抗蒸汽氧化性能越好.

T92/Super304H异种钢焊接接头组织分析

利用金相显微镜、扫描电镜、电子探针和X-射线衍射等方法研究了T92/Super304H异种钢焊接接头的微观组织。结果表明,焊缝金属的基体组织为奥氏体胞状树枝晶,组织中有析出相分布,其主要为M23C6和NbC;Super304H钢侧热影响区的组织亦为奥氏体+析出相,但析出相的种类为NbC、富Cu相和M23C6;而T92钢侧热影响区组织则为回火马氏体+析出相,析出相主要为M23C6,在熔合区两侧没出现明显的增碳脱碳层。

Super304H钢焊接接头的晶间腐蚀敏感性

利用电化学动电位再活化法(EPR)测试了Super 304H钢焊接接头焊缝和母材的晶间腐蚀敏感性.结果表明,Super 304H钢焊缝和母材均呈现出较低的晶间腐蚀倾向.进一步用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和透射电镜研究了它们的微观组织结构,焊缝和母材均为单一的奥氏体组织+少量析出相,二者都未探测到明显的Cr23C6析出相,所以未出现明显的基体贫铬现象,但是焊缝金属因与母材合金元素等存在差异,导致其在H2SO4和KSCN溶液中的耐晶间腐蚀性能稍好于母材.