S30432钢连铸和模铸管坯的高温加工性能对比

利用Gleeble热模拟试验机,完成了同炉冶炼的S30432钢连铸和模铸工艺生产的管坯在高温下的拉伸热变形过程,设置了1000、1050、1100、1150℃系列温度和0.1、1、5 s^(-1)应变速率的不同热模拟试验条件,获得了同炉冶炼的S30432钢连铸和模铸工艺生产的管坯在各个高温拉伸条件下的高温应力-应变曲线,并对其进行修正和拟合,使其尽可能符合实际试验情况。对同炉冶炼的S30432钢连铸管坯和模铸管坯的热变形本构方程进行了拟合,并对2种工艺管坯的高温热塑性差异进行对比分析。结果表明,连铸管坯和模铸管坯的热塑性在不同拉伸温度和速率下表现出一定规律性,连铸管坯的热塑性存在较大的波动,且整体上略逊于模铸管坯,为改进优化管坯的穿孔工艺提供了参考。通过扫描电镜对高温拉伸断口的微观组织结构进行表征,发现高温拉伸失效形式为塑性断裂,绝大部分断口形貌属于韧窝断口。然而,在特定条件下,部分连铸管坯试样表现出较差的热塑性,其断裂形式转变为脆性断裂。对于S30432钢连铸管坯的高温塑性加工,建议使用较高的应变速率和较高的应变温度以获得良好的加工性能。

碳、铌对ASME S30432奥氏体耐热钢晶间腐蚀性能的影响

研究了碳、铌含量对ASME S30432钢晶间腐蚀性能的影响。结果表明：当碳含量在0．058％～0．110％变化时，随碳含量增加该钢的晶间腐蚀敏感性增加，易发生晶界腐蚀；铌含量由0．30％增加到0．70％对抗晶间腐蚀性能有改善，含碳量对晶间腐蚀的影响比铌明显；铌含量与碳含量的比值至少在5．8以上才可能对晶间腐蚀有抑制作用。

晶粒尺寸和表面状态对S30432钢蒸汽氧化行为的影响

利用自制的蒸汽氧化装置对不同晶粒度和表面状态的S30432钢管试样在650℃下进行不同试验时间节点的蒸汽氧化试验,采用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等分析方法研究了氧化层的形貌、成分和相组成.结果表明:在试验时间内,不同的S30432钢管试样的抗蒸汽氧化性能存在差异;细化晶粒及提高晶粒度均匀性有利于提高S30432钢的抗蒸汽氧化性能;喷丸处理能改变钢管试样的内壁表面状态,加快Cr从基体向内壁表面扩散,形成富Cr的致密氧化层,显著降低了氧化膜的生长速度;在蒸汽氧化过程中形成的氧化层分内外两层:内层富Cr,与基体界面处形成高铬含量愈合层,外层为铁的氧化物.

S30432钢在高温应力作用下的微观组织

为研究S30432钢在高温应力作用下的微观组织,利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和扫描透射电子显微镜（STEM）对S30432钢在650℃下的持久试样进行了微观组织分析.结果表明：经过长时高温应力作用,晶内存在大量变形带、孪晶和亚结构;M23C6相沿变形带分布,有阻碍变形的作用;MX相的尺寸约为50~120 nm,与位错、位错墙之间有明显的相互作用;富Cu相的尺寸约为3~50 nm,在钢中弥散分布,与位错有相互作用.

超超临界二次再热机组高温受热面S30432钢微观组织分析

针对某超超临界二次再热机组锅炉高温受热面用S30432奥氏体不锈钢(S30432钢)服役约6 200 h后组织性能变化,采用扫描电镜、X射线能谱分析仪、透射电镜等,观察该锅炉高压再热器、末级过热器和低压再热器管样运行后氧化层的表面形貌和元素分布特征,并对晶内、晶界析出相和位错组态进行分析对比。结果表明:运行后各部件组织稳定性较好,试样表面有致密的Cr_2O_3生成,厚度约200~400 nm;晶内有大量细小的ε-Cu相和Nb C(N)颗粒析出,分别约为10~20 nm和50 nm,在晶内均匀分布,能有效钉扎位错;晶界及三叉晶界处有颗粒状的M23C6不连续分布,尺寸在100~400 nm;高压再热器管由于服役温度较高,析出相的平均尺寸略大于其他试样。

喷丸处理对S30432钢650℃蒸汽氧化行为的影响

目的提高S30432钢的抗蒸汽氧化性能。方法对S30432钢管进行内表面喷丸处理。在蒸汽氧化实验平台上,对喷丸和未喷丸的S30432钢管进行蒸汽氧化实验,对比研究了其在650℃水蒸汽中的氧化行为。用分析天平测量了试样的增重变化,通过扫描电镜观察了氧化皮表层形貌和氧化层显微结构。结果未喷丸的S30432钢管氧化增重呈抛物线规律,而喷丸后的试样具有完全抗氧化性。未喷丸S30432钢试样表面生成富Fe氧化物,在200 h左右发生失稳氧化,氧化皮快速增厚,500 h时氧化皮厚度达到13μm。喷丸处理后,氧化皮富Cr且很薄,约0.5μm,具有良好的保护性。结论喷丸处理能够显著地提高S30432钢的抗蒸汽氧化性能,通过抑制失稳氧化的发生,使表面快速生成完整的富Cr氧化皮。

不同状态下S30432钢析出相的分析

采用光学显微镜、扫描电镜及透射电镜等分析手段,研究了S30432钢在不同状态下的析出相.结果表明:持久试验和实际运行后材料中的析出相较多,其中富Cu相和NbC(N)析出相颗粒尺寸较小,长大不明显;Cr23C6相和一次析出相NbC(N)数量较多,长大明显,其中Cr23C6相沿晶界析出,使晶界强度降低,而异常粗大的一次析出相NbC(N)颗粒导致钢管使用性能降低,甚至影响S30432钢管的长期、安全和稳定运行.

复合喷丸工艺对S30432钢表面应力与组织的影响

采用扫描电镜、X射线衍射仪研究喷丸形变处理工艺对S30432钢表面残余压应力分布与组织结构变化的影响,分析了不同喷丸工艺下表面残余应力的分布特征。结果表明,采用钢丸与陶瓷丸复合喷丸工艺,材料表面残余压应力约为-520 MPa,而最大残余应力值在距表面大约0.02 mm处,其值约为-550 MPa;采用单一钢丸的喷丸工艺,表面残余压应力约为-400 MPa,距表面大约0.06 mm处残余压应力达到最大值,约为-500 MPa。喷丸后在形变层形成许多位错墙并将组织分割为细小的位错胞。

S30432钢的微观组织与高温性能

对国产和进口S30432钢的微观组织以及夹杂物的形态进行对比,研究了高温条件下S30432钢的力学性能及高温拉伸后该材料显微结构。结果表明:国产S30432钢管的杂质元素和非金属夹杂物含量、晶粒度控制良好;S30432钢的高温抗拉强度随温度的升高而降低,但其屈服强度在600～700℃出现波动,700℃时屈服强度略高于600℃。通过对拉断后试样的显微组织分析可知,在700℃时析出了更多弥散分布的强化相,其阻碍了位错的运动。

超超临界二次再热机组用S30432钢的力学行为及组织演化

为了评估内壁喷丸S30432奥氏体不锈钢在620℃机组的适用性,结合扫描电镜、透射电镜等研究了国内某超超临界二次再热机组某末级过热器S30432锅炉管在服役17367h过程中力学性能、断口形貌特征、内壁蒸汽氧化膜结构及显微组织演化过程。研究结果表明:随服役时间增长,S30432在拉伸性能和布氏硬度值均较为稳定,各项特征参数仅在小范围内波动,室温冲击值缓慢下降,合金塑性有所降低,变形的不均匀性增加。截止14176h,S30432内壁氧化皮总体致密连续,最大厚度不超过1?m;主要强化相富Cu相弥散分布于晶内并缓慢长大至约25nm,晶界碳化物M23C6数量逐渐增多,但依然呈项链状排列。综上可知,内壁喷丸S30432可满足620℃超超临界锅炉末级过热器力学性能和微观组织的相关要求。

S30432奥氏体钢管喷丸强化形变层组织和特性

针对S30432钢管样的内壁喷丸强化形变层,采用金相分析、扫描电子显微分析和硬度分析等方法,进行了强化形变层表面状态、形变组织、显微硬度及其氧化特性的分析研究,并依据喷丸层形变组织形态特征的差别将强化形变组织分为单滑移层、多滑移层和碎化晶层3层。研究结果表明:喷丸强化效果主要取决于碎化晶层和多滑移层的发育程度,尤其是取决于碎化晶层的发育程度;喷丸处理可以提高奥氏体钢管的抗氧化能力。

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.

国产S30432钢管在超超临界机组应用前的测试措施

蒸汽参数达600℃的超超临界火电机组,其锅炉过热器、再热器等关键部件采用了ASMESA-213MS30432奥氏体耐热钢管。早期,该钢管仅限于国外少数厂家生产,无法满足国内新建超超临界火电机组的需求,考虑到国内钢铁行业与锅炉制造业共同努力使得该钢管已初步实现国产化的现状,推进国产S30432钢管的应用势在必行。本文介绍了S30432钢管在神华国华绥中发电有限责任公司1000MW超超临界锅炉机组上的应用进程、以及所采取的质量控制措施。

电站锅炉用S30432耐热不锈钢管的研制

针对超超临界电站锅炉的使用环境特点,太钢开发了S30432耐热不锈钢管,并详细阐述了该钢种的合金设计原理、强化机制及其性能特点。

喷丸处理对S30432锅炉管抗蒸汽氧化性能的影响

对喷丸和未喷丸的国产和进口S30432钢管试样分别进行了670、730、760和790℃各l000h蒸汽氧化试验,并对蒸汽氧化试验后的试样进行了宏观、氧化增重、金相等试验分析.结果表明,喷丸处理可以显著提高S30432锅炉管内壁的抗蒸汽氧化性能,约可使氧化速率降低一个数量级;在1000h蒸汽氧化试验条件下,1号试样氧化皮快速生长的临界温度在730～760℃,3号试样氧化皮快速生长的临界温度在760～790℃.进口管样氧化膜快速生长的临界温度比国产管样高约30℃,抗蒸汽氧化能力更强.

S30432钢700℃持久σ相的析出及其对性能的影响

在Thermo-Calc软件模拟计算的基础上,采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜对S30432钢700℃持久后的析出相特别是σ相进行分析,并研究其对持久塑性的影响.结果表明:S30432钢700℃持久后除存在富铜相、MX相和M23C6外,持久4 363h后在晶界析出块状的σ相;随着持久时间延长,σ相数量增加并粗化;晶界析出的块状σ相促使空洞形核和裂纹发展,对4 363~6 234h阶段持久塑性的骤降产生重要影响.

S30432和HR3C涂覆某电厂煤灰和合成煤灰高温腐蚀行为研究

目的研究S30432和HR3C涂覆某电厂煤灰和合成煤灰后在700℃模拟锅炉气氛中的腐蚀行为,分析两种材料的腐蚀机理。方法将表面涂覆煤灰的S30432、HR3C试样置于700℃含0.3%SO2模拟锅炉烟气环境中腐蚀2000 h,间隔一定时间取出样品称量,获得腐蚀动力学曲线。腐蚀2000 h后,清洗去除样品表面的腐蚀产物,获得样品腐蚀后的损失量,计算两种材料在合成煤灰和某电厂煤灰中的腐蚀加速比。采用XRD、SEM和EDS对腐蚀产物成分、微观形貌和结构进行分析。结果在某电厂煤灰环境中,S30432和HR3C的腐蚀产物均为Fe2O3、Cr2O3和FeCr2O4;在合成煤灰中,S30432残留腐蚀产物主要为FeCr2O4和FeS,而HR3C则主要为Fe2O3、Cr2O3。在某电厂煤灰中,S30432和HR3C表面生成了较厚的腐蚀产物层,且腐蚀产物层中有大量孔洞;在合成煤灰中,S30432、HR3C腐蚀产物几乎剥落殆尽。结论由于HR3C中的Cr和Ni含量较高,其耐腐蚀性能明显优于S30432。由于合成煤灰中硫酸盐含量较高,因此合成煤灰中S30432和HR3C的腐蚀明显加快,S30432和HR3C在合成煤灰和某电厂煤灰中腐蚀的加速比分别为3.03和3.28。

国产S30432钢和T92异种钢焊接接头力学性能和显微组织分析

研究了国产奥氏体S30432钢和马氏体T92异种钢焊接接头的力学性能、各微区的显微组织、硬度分布以及T92钢化学成分变化对焊接接头微观组织的影响,并与进口S30432钢和T92异种钢焊接接头的性能进行了对比.结果表明:国产S30432钢和T92异种钢焊接接头与进口同类型钢焊接接头的力学性能相当,硬度分布情况相同,T92钢侧熔合区的硬度最高,但国产S30432钢和T92异种钢焊接接头的硬度稍低于进口钢.在异种钢焊接接头的T92钢侧熔合区出现块状铁素体带,且发现T92钢不同的Creq当量会影响块状铁素体生成的数量和尺寸.

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。

超超临界锅炉用S30432钢管的国产化试验及其应用

对国外超超临界锅炉用S30432高温钢材进行了调研分析,并在此基础上开发了国产S30432钢管.介绍了国内的制管工艺优化试验、性能试验和焊接性能试验研究等,以及国产S30432钢管在国内超超临界锅炉中的应用情况.