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。

高温时效Super304H耐热钢的组织、硬度及其关系模型

将Super304H耐热钢分别在650~700℃进行高温时效,研究了该钢时效过程中显微组织结构和硬度的变化规律,并建立了硬度与Larson-Miller参数(P函数)之间的数学关系模型。结果表明:Super304H耐热钢的硬度随时效温度升高显著降低;温度恒定,随着时效时间的延长,其硬度先增加后降低,最后趋于稳定。基于相同P函数,采用线性拟合方法得到的高温时效Super304H耐热钢硬度与其P函数关系模型计算得到的硬度与试验实测硬度相吻合,该模型可用于服役态耐热钢管剩余服役寿命预测。

Super304H耐热钢时效过程中的奥氏体晶粒长大及力学性能

对经过预变形和短时固溶处理得到的不同晶粒度Super304H管材进行750℃×129 h高温时效处理,以模拟Super304H钢管长时服役过程的奥氏体晶粒长大。采用OM、EBSD、TEM等测试手段表征了奥氏体晶粒晶界特征,探讨了时效过程中奥氏体晶粒长大机制;通过室温及高温拉伸测试研究了时效后不同奥氏体晶粒尺寸对Super304H钢力学性能的影响。结果表明,经预变形和短时固溶后,Super304H耐热钢管试样主要织构为<111>//RD(Rolling direction),时效过程中该取向的奥氏体晶粒以吞噬其他高畸变晶粒为代价进一步生长;经高温时效后,Super304H钢管试样室温、高温拉伸性能随着晶粒尺寸的增大均呈下降趋势,伸长率随晶粒尺寸增大下降明显。伸长率可作为服役态Super304H耐热钢管金属监督的重点指标。

服役态及时效态Super304H耐热钢结构损伤及力学性能衰减的对比研究

为探究Super304H钢在高温条件下的结构损伤和力学性能,以超超临界机组中在温度863 K下服役20 000 h的Super304H再热器管材及与其具有相同P函数值、在温度923 K下时效1 100 h的Super304H管材为对象,研究长期服役态Super304H再热器管材组织结构的老化,并开展相同P函数下的时效态与服役态Super304H钢管显微组织老化及力学性能衰减的对比研究。结果表明:钢管内、外壁运行条件的不同导致其显微组织结构产生差异;服役态钢管内侧的显微组织结构、力学性能与具有相同P函数的时效态Super304H钢管相似;然而,服役态钢管外侧的结构损伤比时效态更严重。因此,建立在Larson-Miller参数基础上的人工时效方法,只能在特定条件下模拟服役态钢管的结构损伤。

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。

焊缝金属对SUPER 304H奥氏体耐热钢焊接性的影响

综述了焊缝金属对SUPER 304H钢焊接性的影响。结果表明,SUPER 304H钢不同成分GTAW奥氏体焊缝的热裂纹倾向较大;焊缝中凝固裂纹倾向主要是受A凝固模式控制,而HAZ液化裂纹倾向的主要原因则与晶界析出相,以及铜的富集等因素有关。不同成分奥氏体焊缝接头的力学性能各异;合适的焊缝化学成分和优化的焊接工艺是获得满意接头综合力学性能的重要技术手段。不同成分形成的"同质"或"异质"焊缝,其微观组织皆为奥氏体+析出相。熔化焊焊缝为A凝固模式,非熔化焊的摩擦焊焊缝为AF凝固(相转变)模式。

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。

Super304H奥氏体耐热钢的热变形特性研究

利用MMS-100型热力模拟试验机在温度为900~1200℃和应变速率为0.1~10 s^(-1)的条件下对Super304H奥氏体钢进行热压缩试验,根据获得的真应力-真应变试验数据,采用应变补偿法建立了该钢的Zener-Hollomon本构模型,基于动态材料理论绘制了该钢在0.02~0.7真应变下的热加工图。结果表明,在热变形过程,高的温度和低的应变速率有利于Super304H奥氏体钢发生动态再结晶;流变应力的本构模型预测值与试验值之间的相关系数及平均相对误差分别为0.989和7.007%,反映了建立的模型较为准确,可用于描述Super304H奥氏体钢热压缩的流变行为;Super304H奥氏体钢变形屈服且应变量达到一定程度后,继续变形将具有良好的热加工稳定性,由热加工图确定的Super304H奥氏体钢最佳热加工参数范围为1160~1200℃/0.1~0.55 s^(-1)。

锅炉屏式再热器TP304H管裂纹分析

由于热偏差和蒸汽流量偏差等原因,HG-1025/18.2型锅炉屏式再热器右下方管壁温度较高,内壁氧化皮的剥落进一步提高了管壁温度。运行约3.5万h后,TP304H奥氏体耐热钢制屏式再热器管析出了大量碳化物和σ相,导致管材低周疲劳强度和蠕变强度降低。管材在运行中遭受吹灰蒸汽的热冲击,外壁因此出现热疲劳裂纹,随后内壁金属衍生出蠕变裂纹。

Super304H钢650℃时效过程中析出相演化的定量分析

通过SEM、TEM等手段对在650℃进行500、1000、3000、5000和8000 h长时高温时效后的Super304H奥氏体耐热钢的第二相结构进行定量表征。结果表明,经过长时间时效处理后,最主要的析出相是晶内弥散分布的纳米级富Cu相、少量MX相和晶界上少量M23C6相。随着时效时间的增加,M23C6相的平均尺寸从时效500 h的小于150 nm增加到8000 h的近300 nm,富Cu相的平均尺寸从时效500 h的约15 nm增加到8000 h的40~50 nm,MX相的尺寸在时效过程中一直保持在100 nm以内。通过对富Cu相激活能拟合计算发现其在Super304H奥氏体耐热钢中的长大激活能接近18Cr-8Ni不锈钢中的理论值,证明富Cu相颗粒的长大主要由Cu原子在基体中的扩散所控制。