热处理工艺对S31042奥氏体耐热钢显微组织和力学性能的影响

研究S31042奥氏体耐热钢不同热处理工艺后的显微组织和力学性能。结果表明：随着时效温度由700℃上升到900℃,该钢的晶界M23C6型碳化物析出量增多,并逐渐呈现连续分布,冲击韧性显著降低,高温抗拉强度逐渐降低,屈服强度基本保持稳定,但900℃时效热处理后屈服强度略微增加;当时效温度由900℃上升到1000℃,该钢晶界碳化物析出量减少;高温抗拉强度变化不明显,屈服强度有所降低,冲击韧性提高;相比于拉伸过程中的低应变速率,在瞬时冲击高应变速率条件下,晶界M（23）C6相的聚集析出造成沿晶开裂倾向增加。

620℃超超临界二次再热机组用S31042钢力学性能及组织演化

为评估S31042钢在620℃超超临界二次再热机组中的适用性,研究了华能安源电厂600℃/620℃/620℃超超临界二次再热机组高压高再S31042锅炉管在服役17367h过程中力学性能、断口形貌特征及微观组织演变。结果表明:服役后S31042钢力学性能良好,且随服役时间延长,室温屈服强度、650℃屈服强度、布氏硬度均呈上升趋势,与备品管相比服役17367h后各项指标分别上升25.5%、46.3%和20.46%。冲击韧性在服役初期迅速下降,之后趋于稳定。服役后显微组织未见明显老化,S31042的析出相包括固溶处理未溶解的一次MX相、一次Z相和新析出的M23C6型碳化物、二次Z相,服役后主要强化相为M23C6和二次Z相,M23C6主要分布于晶界及晶界附近晶内,Z相主要分布在晶内,服役17367h后,晶界M23C6长大至400~650 nm,细小的Z相均匀分布于晶内,并未发现σ相析出,讨论了微观组织演变对力学性能变化的影响。综上所述,S31042钢可满足620℃超超临界二次再热机组高压高再力学性能及微观组织的相关要求。

时效温度对S31042奥氏体耐热钢析出相的影响

为了研究时效温度对S31042钢析出行为的影响,在650、700、750℃下对S31042钢进行了长时时效处理。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射,观察及分析了钢中析出相的演变。结果表明,时效温度对钢中析出相种类的影响较小,钢中的主要析出相为M_(23)C_6相、Z相和MX相,700、750℃时效过程中有σ相析出。随着时效温度的升高,晶界处的M_(23)C_6碳化物的析出速率和粗化速率明显加快,而Z相受温度变化影响较小。M_(23)C_6相的粗化受C元素的扩散控制,Z相的粗化则主要受Nb元素的扩散控制。

S31042钢使用82型焊材焊接接头的显微组织和力学性能

通过力学性能试验、光学金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜研究了S31042钢使用82型焊材焊接接头高温时效后的显微组织和力学性能.结果表明,650℃时效3 000 h后,接头的室温抗拉强度和硬度略有升高,但上升幅度低于同材质焊材接头;82型焊材焊接接头的高温持久强度低于同材质焊材接头,只能达到同材质焊接接头的88%.高温时效会使82型焊材焊缝的缺口冲击吸收功下降,但始终保持在70 J以上;82型焊材焊缝强度不足是导致该接头室温强度、持久强度低于同材质焊材焊接接头的主要原因;82型焊材焊缝强度主要源于合金元素的固溶强化,晶界处球状M23C6相的连续网状及亚晶界处针状δ相的簇状分布,对强度提高作用较小,但会降低焊缝的冲击韧性.

Hot Deformation Behaviors of S31042 Austenitic Heat-Resistant Steel

The hot deformation behavior of S31042 austenitic heat-resistant steel was investigated over the tempera- ture range of 900--1 200 ℃ and strain rate range of 0.01--10 s- 1 using hot compression tests and the corresponding flow curves were obtained. The hot deformation activation energy of the test steel is 625 kJ/mol. The hot deformation equation and the relationship between the peak stresses, deformation temperature and strain rate were set up. The Zener-Hollomon parameter under various conditions was determined. The relation between the Zener-Hollomon parameter and the microstructure evolution of test steel was discussed. With the decrease of Zener-Hollomon param- eter, the microstructure of test steel transforms from deformation instability to dynamic recovery, partial dynamic recrystallization, full dynamic recrystallization with equiaxial structure, and finally to full dynamic recrystaUization with mixed crystal structure. The deformation condition can be adjusted easily by utilizing the Zener-Hollomon pa- rameter to obtain equiaxial microstructure.

Evolution of Precipitates of S31042 Heat Resistant Steel During 700℃ Aging

The evolution of precipitates of S31042 steel during 700 ℃ aging was investigated by using a scanning elec- tron microscope, a transmission electron microscope, and electron energy spectrum technology. The various combi nations of M23C6, MX, NbCrN, and σ and G phases in the steel were found at different aging states. In the begin ning of aging, M23C6 precipitates swiftly along the grain boundaries. When the aging time exceeds 6 000 h, precipita- ted M23C6 carbides along the grain boundaries turn to be granular. It was found that Si element segregates to grain boundaries during above process, which may enhance the granular shape of M23C6 carbides and its transformation to and G phases. When the aging time exceeds 10 000 h, various shaped a phase and granular G phase appear along the grain boundaries and there are no continuous M23C6 carbides along the grain boundaries. Meanwhile, a large quantity of granular M23C6 carbides and a minor amount of G phase precipitate near the grain boundaries. Based on the segre- gation of silicon to the grain boundaries, a precipitation evolution model during aging was concluded.

固溶态S31042钢高温塑性波动大的原因分析

为了研究S31042试验用钢短时高温拉伸塑性波动大的原因,采用体视显微镜、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜进行了断口形貌和微观组织观察分析,用X射线衍射分析了相应状态试样的萃取粉末。用Thermo-Calc热力学软件进行了相图计算。结果表明:大块簇状的含铌相颗粒分布在晶界和晶内时,固溶态S31042试验钢短时高温(700℃)拉伸塑性较低,伸长率仅28%,而且断裂试样的表面严重龟裂。当钢中的含铌相颗粒细小、独立分布时,短时高温(700℃)拉伸塑性较高,伸长率高达50%,断裂试样的表面没有龟裂。含铌相的形态是固溶态S31042钢塑性波动的原因。因此,改善含铌相颗粒的形态,有益于提高固溶态S31042钢的短时高温拉伸塑性。

超超临界锅炉用S31042钢的热变形加工图

在Gleeble-3800热模拟试验机上,研究了S31042合金的热塑性及热变形行为,并建立了合金的热加工图。结果表明,在900-1250℃热变形范围内,合金均具有较好的热塑性；计算得出合金的热变形激活能为467.412 kJ/mol；通过热加工图分析得出,合金适宜初始加工温度范围在1200-1250℃,采用此参数锻造获得的锻坯组织细小均匀。

高温时效处理对S31042耐热钢组织和蠕变性能的影响

以S31042奥氏体耐热钢为研究对象,采用短时高温时效处理后在700℃下对其进行长期蠕变性能测试。通过OM、SEM和TEM等手段表征了S31042钢蠕变过程析出相的类型和演化规律,并利用蠕变实验分析了高温时效处理对S31042钢高温性能的影响。结果表明,经1050℃时效10 h处理后,S31042钢组织中析出大量尺寸在100 nm左右的Z相,降低了固溶态S31042钢中合金元素Cr和Nb的过饱和度,减小了M23C6相的形核驱动力,将蠕变过程晶界上析出M23C6相的形态由连续的链状调控为断续的短棒状。短棒状M23C6相的形成能够在不影响材料塑性的前提下,增大晶界滑动的阻力,改善材料的持久塑性。

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。

铌含量对S31042耐热钢析出相及持久性能的影响

以高、中、低3种铌含量的S31042耐热钢作为试验钢,研究了铌含量对S31042钢中析出相及持久性能的影响。结果表明:S31042钢时效处理后,钢中主要含有M_(23)C_6相、Z相和MX相;当时效时间达到10 000 h时,钢中发现了σ相的存在。铌含量对S31042钢中析出相的种类和M_(23)C_6相的含量影响不大,对含铌相含量的影响显著,随着铌含量的升高,Z相+MX相含量明显增多。700℃持久寿命并未随铌含量的升高而单调增加,而在中限铌含量出现最大值,高铌钢中未固溶的粗大一次析出相是造成持久寿命降低的主要原因。

高温时效对S31042钢线性摩擦焊接头组织和力学性能的影响

以使用线性摩擦焊工艺连接的S31042钢接头为研究对象,在700℃下对其进行长期时效和力学性能测试。通过OM、SEM、TEM和拉伸实验研究高温时效对S31042钢线性摩擦焊接头组织和力学性能的影响。结果表明,在700℃长期时效过程中,线性摩擦焊中形成的再结晶晶粒和纳米级NbCrN相的稳定性较好,细晶强化和析出强化的综合作用使接头保持优异的高温性能。而焊缝区、热力影响区及热影响区中不同类型的M_(23)C_6相在时效过程中均发生粗化。在时效500 h样品的热力影响区中初次观察到σ相,随着时效时间的延长,σ相的析出数量增加且尺寸增大,导致摩擦焊接头的高温力学性能急剧降低。

GH4169合金与S31042钢线性摩擦焊接头组织及力学性能

使用25 Hz振动频率、2 mm振幅、100 MPa摩擦压力和150 MPa顶锻压力的工艺参数对GH4169合金和S31042钢进行线性摩擦焊连接,通过OM、SEM和TEM分析异质接头的组织特征,并进行拉伸、硬度和蠕变实验测试异质接头在室温和高温环境下的力学性能。结果表明,GH4169合金与S31042钢的连接界面在线性摩擦焊过程中发生动态再结晶,形成无孔无裂纹的冶金结合,同时焊缝区在高温和应力作用下形成大量弥散分布的强化相颗粒。通过细晶强化和析出强化的综合作用,异质接头的抗拉强度高于S31042钢,焊缝区的硬度明显高于2种母材。

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。

长期高温服役后S31042奥氏体耐热钢的微观组织

利用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪和X-射线衍射分析仪,研究了1000 MW超超临界机组用S31042奥氏体耐热钢服役50000 h后的微观组织变化。结果表明,经长期高温服役后,S31042钢组织由奥氏体基体和M_(23)C_6、NbCrN和Nb(C,N)析出相组成,服役过程中析出相不断发生析出、聚集和长大。M_(23)C_6碳化物在奥氏体晶界、孪晶界等位置形成链条状,在晶内析出为细小颗粒状,并随着服役时间的延长发生聚集长大,而在晶界附近区域则为细小颗粒状。NbCrN和Nb(C,N)主要分布于奥氏体晶粒内部,尺寸细小的NbCrN、Nb(C,N)和M_(23)C_6碳化物可有效提高S31042钢的蠕变强度,而尺寸较大的M_(23)C_6碳化物以及初始Nb(C,N)将对材料的蠕变强度产生不利影响。