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Super 304H耐熱不銹鋼(化學(xué)成分)的組織及合金化原理
摘要：本文采用金相顯微鏡、透射電鏡、X射線衍射儀，研究了Super 304H耐熱鋼供應(yīng)狀態(tài)及高溫持久試樣的微觀組織并對(duì)其合金化原理進(jìn)行了探討。結(jié)果表明該鋼組織為奧氏體。供應(yīng)狀態(tài)時(shí)的析出相主要由富Cu相和Nb(C, N)組成，蠕變過(guò)程中又析出了一部分NbCrN和M23C6。細(xì)小的富Cu相彌散分布在基體上，有些具有一定的方向性，經(jīng)長(zhǎng)期蠕變后尺寸變化不大，對(duì)位錯(cuò)有很好的釘扎作用。這些第二相的沉淀強(qiáng)化作用對(duì)Super 304H持久強(qiáng)度的提高都有重要影響。此外Nb、Cu的增加又使Super 304H的抗蒸氣氧化和耐熱腐蝕的性能大幅度的提高。??
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1.前言
??????為滿足節(jié)能和環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電的高效率化，各國(guó)都在大力發(fā)展超臨界和超超臨界壓力機(jī)組。為此，國(guó)外研制開(kāi)發(fā)了一批與高蒸汽參數(shù)相適應(yīng)的高溫耐熱材料。Super 304H是其中開(kāi)發(fā)較為成功的一種新型18-8奧氏體不銹鋼，主要用于制造超臨界和超超臨界鍋爐的過(guò)熱器和再熱器。該鋼是由日本住友金屬株式會(huì)社和三菱重工聯(lián)合開(kāi)發(fā)的。該鋼組織穩(wěn)定，在日本電站鍋爐過(guò)熱器、再熱器部件上的應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)十多年，用量已達(dá)7000余噸，顯示出良好的綜合性能[1,2,3]。本文采用X射線衍射儀、金相顯微鏡、透射電鏡，研究了Super 304H耐熱鋼供應(yīng)狀態(tài)及高溫持久試樣的微觀組織并對(duì)其合金化原理進(jìn)行了探討，這對(duì)Super 304H鋼的國(guó)產(chǎn)化及明確提高其性能的方向和途徑，具有重要的意義。
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2．實(shí)驗(yàn)方法
??????本實(shí)驗(yàn)采用的Super 304H奧氏體耐熱鋼由日本住友金屬公司生產(chǎn)，化學(xué)成分見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)采用X射線衍射儀、Nikon EPIPHOT 300金相顯微鏡、H-800透射電鏡，研究了Super 304H耐熱鋼供應(yīng)狀態(tài)和650℃蠕變7022h斷裂試樣的顯微組織。
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???????????????????????????????表1? Super 304H的化學(xué)成分（wt%）
| C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cu |
Ni |
Cr |
Nb |
N |
| 0.08 |
0.21 |
0.82 |
0.02 |
0.001 |
3.20 |
9.45 |
18.8 |
0.51 |
0.11 |
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3．Super304H耐熱鋼的微觀組織形態(tài)
?????如圖1a所示，Super 304H耐熱鋼供應(yīng)狀態(tài)組織為奧氏體，并且可以觀察到少量的孿晶。該鋼組織穩(wěn)定在650℃蠕變7022h斷裂后，奧氏體基體變化不大，但有大量細(xì)小、彌散分布的第二相析出（圖1b）。
?????圖2是Super 304H 耐熱鋼供應(yīng)狀態(tài)及650℃下蠕變7022h斷裂試樣的X射線衍射圖譜，可以看出該鋼供應(yīng)狀態(tài)時(shí)的組織為奧氏體，析出相主要由富Cu相和Nb(C, N)組成(圖2a)。650℃蠕變7022h后除原有的富Cu相和Nb(C, N)外，還析出了一部分M23C6和NbCrN，并且通過(guò)對(duì)析出相的衍射峰強(qiáng)度分析發(fā)現(xiàn)Nb(C, N)的含量略有增加(圖2b)。仔細(xì)觀察該鋼的X射線衍射圖譜，可以發(fā)現(xiàn)富Cu相的衍射峰非常寬，這是由于富Cu相的尺寸細(xì)小造成的，并且經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間蠕變后變化不大，因此Cu對(duì)Super 304H耐熱鋼持久強(qiáng)度的提高起主要作用。
?Super 304H是一種用于高參數(shù)、超超臨界鍋爐受熱面管的新材料。該鋼金相組織為奧氏體，供應(yīng)狀態(tài)時(shí)的析出相主要由富Cu相和Nb(C, N)組成，蠕變過(guò)程中，該鋼又析出了一部分NbCrN和M23C6。富Cu相尺寸細(xì)小，彌散分布在基體上，有些具有一定的方向性，對(duì)位錯(cuò)有很好的釘扎作用。Super 304H優(yōu)異的性能主要得益于細(xì)富銅相的沉淀強(qiáng)化作用，同時(shí)由于NbCrN、Nb(C, N)和M23C6 的沉淀加強(qiáng)作用使其蠕變斷裂性能得到了增強(qiáng)。而Nb的增加又使Super 304H的抗蒸氣氧化和耐熱腐蝕的性能大幅度的提高，同時(shí)也使一般不含Nb的高銅18-8型鋼持久塑性降低的問(wèn)題得到了解決。