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。

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。

Super 304H钢在模拟烟气腐蚀环境中持久性能与组织演变研究

奥氏体钢在锅炉关键部位服役过程中面临烟气/煤灰腐蚀+应力协同作用的挑战,存在一定的安全隐患。在静态空气及烟气/煤灰腐蚀环境下,通过模拟实验台对Super 304H钢进行温度为650℃、应力为200~300 MPa的持久实验,研究腐蚀环境对其持久性能及组织演变的影响。结果表明:相较于空气环境,腐蚀条件下Super 304H钢持久寿命下降幅度可达83%,且随着持久应力的降低合金寿命下降更明显;烟气/煤灰腐蚀导致合金表面连续的腐蚀产物出现开裂、剥落,基体发生内硫化,在拉应力的共同作用下试样内部出现沿晶开裂等蠕变损伤;基体表面由于合金元素的损失,在高温下发生再结晶,并在实验结束后发生马氏体转变,腐蚀-应力环境中合金表面腐蚀产物的开裂、剥落,内硫化物的形成,表层再结晶细晶区的增厚和晶界损伤的加剧共同促进了Super 304H钢的持久断裂。烟气/煤灰腐蚀环境通过影响Super 304H钢腐蚀过程,恶化合金基体组织影响其持久性能。

T92/Super304H异种钢焊接接头服役前后力学变化及其寿命评估

火电机组中过热器,再热器等部件需应用到异种钢焊接接头来满足不同环境的需求,这要求材料具有更高的耐高温腐蚀性能、屈服极限以及抗拉强度,而服役造成的老化会很大程度影响焊接件的性能,进而影响其寿命。为了研究服役对于异种钢焊接接头T92/Super304H的力学性能的影响。通过在610℃高温状态下,对已服役和未服役的焊接接头进行了不同加载速率的拉伸试验,获得了应力应变曲线及拟合曲线,通过扫描电子显微镜(SEM)分析了断口形貌。在相同温度下,对试样加载不同应力进行蠕变试验,获得了焊接接头的本构方程和蠕变寿命预测模型,分析了其断裂原因。结果表明:已服役和未服役的焊接接头高温拉伸时断裂均发生在T92侧(T92热影响区),试样有明显的颈缩;材料的初始应力值越大,蠕变寿命越短;随着初始应力水平的增加,蠕变应变速率变化加快;寿命预测拟合曲线和实际的蠕变试验一致。

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.

摩擦转速对Super304H摩擦焊焊接接头性能的影响

本文使用连续摩擦焊技术代替传统的氩弧焊工艺焊接Super304H钢管,摩擦焊过程中,施加不同的摩擦转速,研究不同的摩擦转速在焊接过程中对焊接接头力学性能的影响。结果表明,增加摩擦转速,焊合区和热影响区晶粒尺寸变化不明显,热影响区析出部分碳化物,显微硬度和拉伸强度随着摩擦转速增大而增大,冲击韧性随着摩擦转速增大而下降,拉伸试样断裂位置为热影响区。摩擦焊焊接接头的微观组织均匀分布和力学性能优秀。

摩擦压力对Super304H摩擦焊焊接接头性能的影响

本文使用连续摩擦焊技术代替传统的氩弧焊工艺焊接Super304H钢管,摩擦焊焊接的接头拥有均匀的微观组织和突出的力学性能。摩擦焊过程中,施加不同的摩擦压力,研究不同的摩擦压力在焊接过程中对焊接接头力学性能的影响。结果表明,增加摩擦压力,焊合区和热影响区晶粒尺寸变化不明显,热影响区析出部分碳化物,显微硬度和拉伸强度随着摩擦压力增大而增大,拉伸试样断裂位置为热影响区。

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。