固溶工艺对3Al-310S耐热钢组织和力学性能的影响

通过向普通310S不锈钢中添加3%Al制得3Al-310S耐热不锈钢,试验钢经过不同固溶工艺处理后,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及室温拉伸性能测试,研究固溶工艺对3Al-310S耐热钢显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,3Al-310S耐热钢基体组织为奥氏体,随着固溶时间的增加和固溶温度的提高,3Al-310S耐热钢的晶粒尺寸逐渐增大;同时相对应的3Al-310S板材的硬度和抗拉强度逐渐降低,伸长率逐渐提高,当固溶温度为1000℃,固溶时间为10 min时,试验钢的抗拉强度达618.75 MPa,伸长率为33.80%。

不同Al含量的310S耐热钢热轧加工后的组织和力学性能

通过压力机和热轧机对WS-4非自耗真空电弧炉熔炼制备的Al质量分数为0、2%、4%、6%的310S耐热钢进行开坯轧制,用光学金相显微镜观察金相组织,用EPMA-1600电子探针分析组织中各元素分布,结合EPMA能谱分析确定合金中的相组成,并测定室温拉伸性能.结果表明:随着Al含量的增加,钢中碳化物的数量明显减少,且形态逐渐由团聚状向颗粒状转变;部分Al元素以Al4C3相的形式出现富集,且Al元素含量越高富集现象越严重;合金的屈服强度略有降低,Al质量分数为2%的合金具有最高的抗拉强度及延伸率.各成分合金的综合力学性能明显高于国家标准对热轧310S板材的要求.

Al元素对310S耐热钢高温压缩性能的影响

通过WS-4非自耗电弧炉熔炼制备Al质量分数2%～10%的耐热不锈钢310S,用Mef3光学金相显微镜和XRD研究其显微组织,采用Thermechastor-W热/力模拟试验机对所制备合金的高温压缩性能进行研究.结果表明,随着Al含量的增加,碳化物由网状转变为细小颗粒组成的不连续网状,最终转变为颗粒状,基体在含Al质量分数大于6%时由γ相转变为α相.不同Al含量的合金流变应力范围基本一致,合金的高温屈服强度由未添加Al元素时的74 MPa先降低至61 MPa后开始升高,在Al质量分数为6%时达到最大值86 MPa,之后高温屈服强度逐渐降低,加Al后合金热加工性能并未显著改善.

Al元素对310S耐热钢组织和力学性能的影响研究

通过WS-4非自耗真空电弧炉熔炼制备了加Al 2%~10%(质量分数)的耐热钢310S(Cr25Ni20),用光学金相显微镜观察了金相组织,用EPMA-1600电子探针分析了组织中各元素的分布,结合D8 ADVANCE型X射线衍射确定了合金中的相组成,并进行了室温压缩和硬度力学性能试验。结果表明,随着铝含量增加,碳化物由连续条状转变为质点状;Al元素固溶于基体中,基体相为γ相;当Al含量大于6%时,基体相为α相,合金脆性大幅提高,合金由塑性材料转变为脆性材料。

310S耐热钢的高温氧化行为

采用静态氧化不连续增重法研究晶粒尺寸和成分存在差异的两种310S耐热钢(1#和2#)在800~1100℃下的氧化动力学与膜结构,比较两者的氧化性能差异,阐明氧化膜的生长机制和差异形成原因。结果表明:800~900℃时氧化膜均由富Si氧化层和富Cr氧化层组成,1#试样的氧化速率更低;1000℃时氧化膜中增加了Cr-Mn氧化物层并在1100℃时转变为Cr-Mn-Fe氧化层,并且两者的氧化速率接近;整体上2#试样的氧化膜在所有温度下更加致密、平整,黏附性更好,保护能力更强。特别在1100℃时,两者的富Cr氧化层和Cr-Mn-Fe氧化层的形态分化较大,2#试样的氧化膜形态更有利于长期的抗氧化性能。总体上,2#试样的抗氧化性优于1#试样。2#试样所具备的更小的平均晶粒尺寸和更均匀的晶粒提高了择优氧化元素的扩散通量并降低氧化膜的非均匀生长,造成两者氧化性能的差异。

高铝310S耐热钢板材的焊接性能

对铝含量为2%、4%(质量分数,下同)的310S耐热钢板材采用手工氩弧焊(TIG)的焊接方法进行焊接,利用光学显微镜对焊缝的显微组织进行分析,利用电子探针(EMPA)分析焊接母材的元素分布,并对焊接接头进行室温和高温(800℃)力学性能测试。结果表明:不同铝含量的310S耐热钢板材焊接后的组织均良好,都没有宏观裂纹及夹杂等缺陷;铝元素的加入,抑制了焊接热影响区晶粒的异常长大,细化了晶粒;高铝310S的焊接板材与母材一样具有优良的室温力学性能和高温力学性能,加铝310S耐热钢具有良好的焊接性能。

新型310S耐热钢组织和高温力学性能

新型310S耐热钢是在传统310S耐热钢的基础上降镍提锰,并加入氮和钼,与传统310S钢在显微组织、高温力学性能方面进行了对比。研究表明,新型310S耐热钢的显微组织仍为奥氏体,且晶粒细化,新型310S钢高温强度大,塑性略有降低,断裂方式由沿晶脆性断裂转为韧窝断裂。

Al对310S耐热钢高温拉伸性能的影响

通过压力机和手动轧制机对WS-4非自耗真空电弧炉熔炼制备的Al的质量分数为0%、2%、4%的310S耐热钢在950-1 250℃进行开坯轧制,研究不同Al含量的310S耐热钢热轧板材在800℃下的高温拉伸性能,用SEM观察拉伸断口。结果表明：不含Al和Al的质量分数为2%的合金,它们的高温抗拉强度均为210 MPa左右,但当Al的质量分数增加到4%时,合金的热强性显著提高。3种合金拉伸断面均可以看到大小明显不同的显微韧窝,合金在断裂前经历了比较大的塑性变形,所以均为韧性沿晶断裂。随Al含量的增加,合金断口中的显微韧窝所占的比例随之增加。

S30432耐热钢650℃时效的组织和力学性能

研究了S30432耐热钢在650℃时效时的微观组织和力学性能,特别探讨了S30432钢时效过程中析出相的变化对力学性能的影响。结果表明,实验合金时效初期ε-Cu和M23C6大量析出,随后逐渐长大,其中M23C6尺寸较大且粗化较快,但ε-Cu长期时效后尺寸依然细小。时效初期硬度升高的主要原因是ε-Cu的析出,长期时效过程中ε-Cu尺寸保持细小是硬度稳定在较高水平的主要原因。此外,时效初期由于M23C6大量析出冲击韧性急剧下降,随后M23C6的粗化是冲击韧性继续下降的主要原因。

钒的添加对S30432奥氏体耐热钢影响的研究

本工作研究了添加0.18%的V对S30432奥氏体耐热钢的影响。对比了不含V和含V的S30432钢650℃持久断裂时间,测量了固溶态和持久断裂后试样的硬度,利用OM、SEM、TEM和Thermo-Calc软件研究了V对S30432钢析出相的影响,分析了V的加入对S30432耐热钢强度改善的机理。结果表明,在S30432钢中添加0.18%V,延长了其650℃持久断裂时间并提高了硬度。含V的S30432钢不仅晶粒变细,而且二次MX相数量更多。特别是,含V的S30432钢存在大量细小的Z相(Cr(Nb,V)N)。这是由于V(C,N)溶解温度较Nb(C,N)低,V的添加促进了MX相的溶解,促使含V的S30432钢优先析出细小的Z相。Z相的析出强化是含V钢硬度和强度增加的主要原因。

固溶处理对高铝310S钢组织和性能的影响

对铝含量为2%和4%(质量分数)的热轧态310S耐热钢进行不同条件下的固溶处理,用光学显微镜观察了显微组织,用EPMA-1600电子探针分析了组织中各元素分布,并进行了室温拉伸性能测试。结果表明,高铝310S耐热钢在1150℃固溶处理时,随着时间延长晶粒尺寸明显增大,Cr7C3颗粒和Al4C3颗粒含量均大幅度减少,残余的Cr7C3颗粒逐渐聚集长大,并和Al4C3颗粒一起沿晶界呈链条状析出;经1200℃×2 h固溶处理,Cr7C3颗粒完全消失,而Al4C3相少量残余。高铝310S耐热钢合理的固溶处理工艺为:1200℃保温2 h,然后水淬处理,经此工艺处理的试样抗拉强度和屈服强度均高于传统工艺(1150℃×30 min)。

S30432锅炉管高温服役后磁性转变试验研究

采用磁感应强度测量仪、奥氏体氧化物检测仪、光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪等仪器对较高磁性的S30432高温过热器管进行了取样对比试验研究.结果表明:新管无磁当量和磁感应强度,服役1.9×105 h的运行管出现了较高的磁当量和磁感应强度,磁当量和磁感应强度在管子环向变化较大,服役时间长的管子的磁当量显著大于服役时间短的;引起运行管出现高磁性的原因是管子室温组织中存在一定量的马氏体,马氏体组织呈条带状分布在紧邻晶界两侧,服役时间长的管子中马氏体组织的量明显多于服役时间短的;与新管相比,S30432运行管组织中弥散分布在晶内ε-Cu相的尺寸明显增大、形态也由不规则转变为圆形颗粒.

Al含量对耐热钢热轧态组织及性能的作用机制

在310S耐热钢基础上加入不同质量分数的Al元素(2.46%、3.05.%、4.24%)并重新调整成分后得到耐热钢铸态板材,将其在1 200℃下进行变形量为60%的热轧处理,并在1 150℃固溶处理30 min得到耐热钢热轧板材。通过对不同Al含量的热轧板材的显微组织和微观结构进行分析,并测试了其室温拉伸性能和800℃拉伸性能。结果表明:随着Al含量增加,晶粒尺寸逐渐减小,更多Al元素在基体中固溶,细晶强化、固溶强化、M_(7)C_(3)碳化物以及细小弥散NiAl相的析出强化的共同作用致使耐热钢的室温硬度、强度增加,而伸长率减小;800℃时随Al含量增加,强度先增加后减小,而伸长率均在16%左右。

固溶温度对S31042耐热钢微观组织和力学性能的影响

研究了固溶温度对S31042耐热钢力学性能及微观组织的影响。结果表明,随着固溶温度升高,钢的硬度和高温强度降低,硬度在1100-1200℃出现了平台;微观组织由静态回复、部分再结晶逐渐过渡到完全静态再结晶,直至晶粒长大,位错密度逐渐降低。随着温度升高Nb的固溶度增大,含Nb析出相颗粒的尺寸减小和数量减少。固溶态钢中只含有Nb（C,N）和NbCrN相。在1180-1250℃×5 min进行固溶处理能满足工业生产要求。

S31042耐热钢650℃持久的析出相对持久塑性的影响

S31042钢是一种重要的超临界和超超临界锅炉用钢。针对该钢持久塑性差的问题,采用扫描电镜和透射电镜研究了S31042钢在650℃持久前后的微观组织,主要探讨了析出相对持久塑性的影响。结果表明:持久1 608 h,S31042钢的塑性快速下降。而后塑性缓慢下降,并逐渐趋于稳定。S31042钢持久过程中主要的析出相为二次NbCrN和M23C6,长期持久会导致少量σ相和Cr3Ni2Si C的析出。S31042钢持久塑性显著下降的主要原因是由于M23C6在晶界上的析出。此外,链状M23C6、立方形M23C6以及未溶的Nb Cr N对S31042钢的持久塑性也有害。

S31042奥氏体耐热钢高温蒸汽氧化行为

利用蒸汽氧化试验平台,模拟锅炉运行工况基本相似的高温蒸汽环境,对S31042奥氏体耐热钢进行了650和700℃蒸汽氧化试验。分析了氧化层的形貌、相组成和成分分布,结果表明,随着氧化时间的增长,氧化层厚度明显增加,分层现象明显,可分为内、外两层,外层为疏松多孔结构的富铁氧化物,内层为富铬氧化物;CrO2(OH)2的挥发导致了外层富铁氧化物的形成,(Fe/Cr)3O4内层的形成能够有效减缓蒸汽氧化进程,进入稳态氧化阶段后氧化层厚度将基本保持不变。