建筑用SUPER304H钢管材在不同预变形量下的力学性能变化

研究了预变形量对建筑用SUPER304H钢管材力学性能的影响。结果表明,SUPER304H钢管材的预变形量的大小对其断面收缩率几乎没有影响。其室温和高温下的抗拉强度、屈服强度以及硬度随预变形量的增加先显著增强,之后缓慢增加,而其伸长率则相反。预变形量对SUPER304H钢管材的持久性能有一定的影响,但影响不大。

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.

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。

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。

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。

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。

表面加工状态对Super 304H钢抗蒸汽氧化性能的影响

对6种不同表面加工状态(磨床粗磨、砂轮磨削、320号砂纸研磨、600号砂纸研磨、1200号砂纸研磨和抛光)的Super 304H钢在650℃/25MPa超临界水蒸气中的氧化行为进行了研究,采用增重法对氧化1 200h后的试样单位表面上的质量变化进行了测量,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对氧化膜表面和截面形貌、微观结构和元素分布进行了分析,并利用X射线衍射仪(XRD)对氧化膜物相进行了表征.结果表明:Super 304H钢的抗蒸汽氧化性能对材料的表面加工状态比较敏感;不同表面加工状态的Super 304H钢经氧化后,试样单位表面上的质量变化、表面氧化物形态以及横截面氧化物形态差异明显;形成的典型氧化膜分内、外2层,外层氧化膜主要为Fe3O4,内层氧化膜主要为含Cr量较高的(Fe,Cr)3O4以及少量的Cr2O3;随着材料表面粗糙度的增加和比表面应变层的形成,越容易形成具有保护性的富铬氧化膜,Super 304H钢的抗蒸汽氧化性能越好.

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.

T92/Super304H异种钢焊接接头组织分析

利用金相显微镜、扫描电镜、电子探针和X-射线衍射等方法研究了T92/Super304H异种钢焊接接头的微观组织。结果表明,焊缝金属的基体组织为奥氏体胞状树枝晶,组织中有析出相分布,其主要为M23C6和NbC;Super304H钢侧热影响区的组织亦为奥氏体+析出相,但析出相的种类为NbC、富Cu相和M23C6;而T92钢侧热影响区组织则为回火马氏体+析出相,析出相主要为M23C6,在熔合区两侧没出现明显的增碳脱碳层。

Super304H钢焊接接头的晶间腐蚀敏感性

利用电化学动电位再活化法(EPR)测试了Super 304H钢焊接接头焊缝和母材的晶间腐蚀敏感性.结果表明,Super 304H钢焊缝和母材均呈现出较低的晶间腐蚀倾向.进一步用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和透射电镜研究了它们的微观组织结构,焊缝和母材均为单一的奥氏体组织+少量析出相,二者都未探测到明显的Cr23C6析出相,所以未出现明显的基体贫铬现象,但是焊缝金属因与母材合金元素等存在差异,导致其在H2SO4和KSCN溶液中的耐晶间腐蚀性能稍好于母材.

Super304H和HR3C奥氏体钢在模拟锅炉高硫气氛中的腐蚀行为

将Super304H、HR3C钢试样置于700℃下不同SO_2浓度(0.5%,1.5%)模拟气氛中,间隔一定时间取出样品称重,获得腐蚀动力学曲线。采用XRD、SEM和EDS等测试技术对腐蚀产物成分、结构和形貌进行分析。结果表明:在高硫环境中HR3C钢比Super304H钢更耐蚀。Super304H钢的腐蚀产物主要由疏松的富铁氧化物,部分Cr、Ni的氧化物以及尖晶石类化合物和少量的硫化物组成;HR3C钢的腐蚀产物主要为Cr_2O_3和铁的氧化物以及少量硫化物。随着SO_2浓度升高,腐蚀层增厚,腐蚀产物中局部出现S富集,加速了合金腐蚀。

Super 304H耐热钢的强化机理

Super 304H是在18Cr-8Ni钢基础上通过加入Cu、Nb、N开发的具有极高持久强度的新型耐热钢。利用光学显微镜、扫描电镜、透射电子显微镜以及X射线衍射仪分析了Super 304H钢供应状态、650℃持久试样的微观组织。通过研究Super 304H钢持久过程中析出相尤其是ε-Cu的变化情况,探讨了其对持久强度的影响。结果表明,该钢中存在大量细小的ε-Cu,长期蠕变后粗化程度很小。计算结果表明ε-Cu的沉淀强化作用占Super 304H钢650℃时持久强度的30%以上,是Super 304H钢具有高持久强度的主要原因。供应状态下析出的大量细小Nb(C,N)和蠕变过程中析出的M23C6和NbCrN尺寸较为细小时,对该钢持久强度的提高也有一定作用。

表面改性对Super304H钢在650℃饱和蒸汽中氧化行为的影响

对未改性的Super304H钢和经喷丸、渗铝改性后的Super304H钢在650℃饱和蒸汽中的氧化行为进行研究,使用电子天平测量氧化增重,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对氧化膜进行了分析。结果表明:未进行表面改性的Super304H钢抗蒸汽氧化能力不足,喷丸对Super304H钢抗蒸汽氧化能力有一定提升作用,渗铝处理可显著提升Super304H钢抗蒸汽氧化能力;Super304H钢外层氧化膜为Fe2O3,内层氧化膜为Fe-Cr尖晶石,外层氧化膜生长至一定厚度易发生剥落;喷丸样品氧化膜由Cr2O3与少量的Mn-Fe尖晶石组成,但变形孪晶层因相邻亚晶界凸出、吞并而退化;渗铝样品表面形成Al2O3氧化膜,互扩散区Al元素含量保持不变。

时效温度对Super 304H钢焊缝金属组织和韧性影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射分析等方法并通过冲击试验,研究了时效温度600~700℃,500 h时效条件下Super 304H钢焊缝金属的组织和冲击韧性变化.结果表明,焊缝金属组织均为γ＋析出相,焊态焊缝组织中主要析出相种类为Nb（C,N）和富铜相,时效组织中析出相种类又新增加了M23C6;随时效温度升高,析出相数量不断增加,但Nb（C,N）的数量呈缓慢增加趋势,而M23C6的数量先快速析出后处于稳定;时效后焊缝金属的冲击功出现了显著降低,造成时效脆化的主要原因是时效过程中M23C6沿晶析出,而且析出量是决定因素.

Super304H钢和TP304H钢晶间腐蚀敏感性研究

利用电化学动电位再活化法(EPR)测试了Super304H钢和TP304H钢的晶间腐蚀敏感性。结果表明,Super304H钢和TP304H钢的再活化率在同一个数量级上。Super304H钢和TP304H钢组织中都没有明显的Cr23C6析出相,所以未出现明显的基体贫铬现象,因此二者具有优良的耐晶间腐蚀性能。

Super304H钢在650℃模拟烟气侧腐蚀行为实验

采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、电子背散射衍射(EBSD)等方法研究了18-8系奥氏体钢Super304H在650℃模拟烟气侧环境中高温腐蚀行为。结果表明:Super304H钢试片腐蚀70、150、320和700 h后,腐蚀层的平均厚度分别为2.5、5.2、11.5和27.8mm;腐蚀层外层主要为疏松的Fe_2O_3,内层为相对致密的Cr_2O_3和内硫化产物。腐蚀150 h以后,试片表面保护性的Cr_2O_3膜逐渐剥落,内硫化产物在晶界处累积并膨胀,随着Fe向氧化膜扩散、溶解并继续向氧化膜外扩散,生成"瘤状"Fe_2O_3,最终成为多层的凸起腐蚀产物。随着腐蚀时间的延长,"瘤状"腐蚀产物粒径逐渐增大至10mm以上,更易破裂、剥落的腐蚀层导致试片的抗腐蚀性不断下降。

Super304H钢700℃时效后组织和韧性的变化

利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和冲击试验机等研究了Super304H钢在700℃时效过程中的组织和韧性变化。结果表明:Super304H钢在时效过程中析出了M23C6碳化物,其析出量在时效初期快速增加,一定时间后析出量趋于稳定,M23C6主要在晶界上呈链状分布,随时间延长尺寸很快长大;M23C6的沿晶析出引起了Super304H钢的时效脆化,且M23C6析出量越多钢的时效脆化程度越大。

650℃时效不同时间后Super304H钢的显微组织

利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和透射电镜等研究了Super304H钢在650℃时效不同时间后的显微组织。结果表明:500 h内时效后Super304H钢的组织均为奥氏体和析出相,析出相主要由Nb(C,N)、富铜相和M_(23)C_6组成,而供货态没有M_(23)C_6;在时效初期析出相的析出速率相对较快,300 h后趋于稳定;随时效时间延长细小颗粒状Nb(C,N)和富铜相没有明显长大,M_(23)C_6的形态由细条状逐渐向链状、块状转变。

Super304H钢焊缝在高温持久应力下的组织转变

采用光学显微镜、扫描电镜及其EDS、相分析和XRD等分析方法,研究了Super304H钢焊缝及在不同高温(650℃)持久应力下的组织转变。结果表明,焊态下焊缝组织为奥氏体和析出相,析出相以铌相为主。经过高温持久拉伸后,焊缝组织的耐蚀性降低,析出铌相发生了一定程度的溶解,多呈长条状或块状分布,还出现了一定量的α相和M23C6相。此外,焊缝组织的凝固晶界和凝固亚晶界也在高温持久应力下发生了变化。