HR3C不銹鋼時效過程中鈮的析出規(guī)律及其對性能的影響
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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HR3C高溫奧氏體不銹鋼主要應(yīng)用于超超臨界火力電站中過熱器和再熱器部分。它是在TP310鋼基礎(chǔ)上添加Nb、N而形成的一種高Cr、Ni奧氏體耐熱鋼。鈮的加入使HR3C在使用過程中析出許多含鈮第二相，提高了鋼的高溫性能。含鈮相的類型、析出動力學(xué)和對性能的影響一直是研究的熱點。但是，人們對HR3C鋼中含鈮析出相及其對性能的影響還了解不夠，仍需要進一步的詳細深入研究。為此，研究了HR3C鋼在1220℃固溶處理，然后在800℃加速時效后，含鈮析出相的變化規(guī)律及其對硬度和耐腐蝕性能的影響。
試驗用材料由某鋼廠提供。其化學(xué)成分如表1所示。鋼料通過線切割加工成10mm×10mm×15mm的小試樣。將制備好的試樣在箱式電阻爐中進行1220℃固溶處理，保溫30min，然后在800℃下分別時效20、40、60、80和100h，空冷。試樣用砂紙打磨光滑，制備金相試樣，用王水腐蝕，在MDS金相顯微鏡和TESCAN VEGA3掃描電子顯微鏡下觀察顯微組織。金相試樣用來測試表面硬度。測試儀器為HV-50維氏硬度儀，載荷30kg，加載時間15s。將TEM試樣切割成0.5mm薄片，經(jīng)制備的試樣在JEOL2100F透射電子顯微鏡下觀察。采用電化學(xué)動電位再活化法測定試樣的耐晶間腐蝕性能。
表1 HR3C鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，%）
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項目
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Cr
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Ni
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Nb
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N
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ASME SA213
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0.04
～
0.10
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≤0.75
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≤2.00
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≤0.03
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≤0.03
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24.00～26.00
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17.00～23.00
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0.20
～
0.60
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0.15
～
0.35
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TP310HC bN標準試驗料
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0.08
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0.01
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1.00
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0.01
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0.01
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25.20
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20.50
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0.60
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0.20
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結(jié)果表明：
（1）HR3C鋼時效后晶粒度無明顯變化，晶內(nèi)出現(xiàn)大量孿晶并在孿晶界處析出第二相。造成混晶現(xiàn)象的原因是由于第二相分布不均勻?qū)е聜€別晶粒發(fā)生二次再結(jié)晶，晶粒不均勻長大所致。
（2）HR3C鋼時效過程中的析出相有MX相、Z相和M23C6相。隨著時效時間的延長，基體中鉻元素向MX相擴散，使之逐漸形成Z相。在C、N元素的共同作用下，σ相在HR3C中很難形成。
（3）HR3C鋼的硬度值隨時效時間的延長先快速上升到峰值（247HV30），而后緩慢下降并逐漸穩(wěn)定（226HV30）。時效初期，小尺寸的MX相開始析出，快速彌散強化；隨時效時間的延長，析出物尺寸增大，材料強度下降。晶間腐蝕敏感性隨時效時間的延長先快速升高，然后逐漸下降并趨于穩(wěn)定。原因是Z相的大量析出穩(wěn)定了鉻元素，使得其以Cr23C6形式析出的可能性降低，從而將鉻穩(wěn)定在晶粒內(nèi)，使HR3C鋼的耐晶間腐蝕性能提高。