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铌含量对S31042耐热钢析出相及持久性能的影响

来源:我的钢铁网 |浏览:|评论:0条   [收藏] [评论]

S31042耐热钢广泛应用于超超临界火电机组的过热器和再热器管,在高温高压下服役。在之前的研究中发现,Z相(NbCrN)和MX相(Nb(C、N))随时效温度和时间的变化较小,一直保持较为细小的颗粒…

S31042耐热钢广泛应用于超超临界火电机组的过热器和再热器管,在高温高压下服役。在之前的研究中发现,Z相(NbCrN)和MX相(Nb(C、N))随时效温度和时间的变化较小,一直保持较为细小的颗粒状,起到了很好的沉淀强化作用,有效提高了钢的持久强度。而铌元素是Z相和MX相最重要的合金元素,本工作通过对不同铌含量的试验钢高温长时时效处理及持久试验,研究了铌含量对其析出相种类和数量以及持久强度的影响,并确定最佳铌含量。

共冶炼了3炉铌含量分别为下限(0.2%)、中限(0.4%)和上限(0.6%)的试验钢,化学成分见表1。试验钢采用25kg真空感应炉冶炼,浇铸后锻成Φ15mm棒材,然后进行1250℃×30min固溶处理,根据S31042钢在超超临界锅炉中的使用温度,持久试验温度设定为700℃。同时对固溶处理完的试样进行长时时效处理,温度为700℃,时间分别为10、100、1000、3000、10000h。对固溶态及时效处理后的试样进行金相组织观察,对部分试样进行物理化学相分析,确定钢中析出相的种类和数量。

表1 试验钢的化学成分(质量分数,%)

试验结果表明:

(1)经固溶处理后,S31042钢中存在未固溶的一次析出相Z相和Nb(C、N)相,且随铌含量的增加,Z相和Nb(C、N)相含量明显增多,尺寸较大。

  (2)S31042钢700℃时效过程中的主要析出相为M23C6相、Z相和MX相,时效10000h后发现存在σ相。

  (3)铌含量对时效态S31042钢中析出相的种类没有明显影响;随铌含量的升高,钢中M23C6相数量变化不大,Z+MX相的数量显著增加。

(4)S31042钢中最佳铌含量为0.40%,中限的铌含量既可以提供足够多的第二相保持较高的持久强度,又可以避免大尺寸含铌相颗粒对钢持久性能的不利影响。


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