HR3C耐熱鋼在高溫蠕變過(guò)程中微觀組織演變分析.pdf

1、由于全球能源的枯竭及溫室效應(yīng)等環(huán)境問(wèn)題日益突出，具有更高發(fā)電效率的超臨界和超超臨界機(jī)組將是未來(lái)發(fā)電機(jī)組發(fā)展的必然趨勢(shì)。超臨界機(jī)組和超超臨界機(jī)組服役的工作環(huán)境更加苛刻，這就需要超臨界機(jī)組和超超臨界機(jī)組用鋼具有更加良好的高溫力學(xué)性能和高溫抗氧化性能。
　　HR3C奧氏體耐熱不銹鋼因其良好的高溫抗氧化性能和高溫力學(xué)性能，被廣泛用于制備超臨界機(jī)組和超超臨界機(jī)組的過(guò)熱器和再熱器。然而該合金長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境條件下服役會(huì)析出大量的第二相，對(duì)材料

2、的高溫力學(xué)性能和使用壽命產(chǎn)生很大的影響。因此HR3C高溫運(yùn)行條件下微觀組織演化與力學(xué)性能間關(guān)系一直是研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。已有研究表明HR3C經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間在600℃～750℃時(shí)效處理后，將會(huì)從奧氏體中析出各種類型的析出物，并且隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，其析出相的位置、數(shù)量、大小、形貌、分布等均會(huì)發(fā)生變化，溫度、成分、載荷、介質(zhì)、組織以及工況條件都和微觀組織演變密切相關(guān)。目前，對(duì)HR3C的研究仍集中于500℃～800℃條件下短期時(shí)效過(guò)程中各種析出相的析

3、出規(guī)律。然而對(duì)于HR3C來(lái)講，主要運(yùn)行于較高的溫度和內(nèi)部氣體壓力的工況條件，長(zhǎng)期在此條件下服役，保持足夠的強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性是其安全、有效運(yùn)行的必要保證。因此在一定溫度條件下的對(duì)HR3C施加應(yīng)力的高溫蠕變?cè)囼?yàn)更加接近于其實(shí)際工況條件。
　　本研究對(duì)HR3C奧氏體耐熱不銹鋼在700℃環(huán)境和六種不同應(yīng)力作用下進(jìn)行高溫蠕變?cè)囼?yàn)，利用OM、XRD、EDS和SEM對(duì)蠕變?cè)囼?yàn)斷裂后的HR3C奧氏體耐熱不銹鋼的微觀組織變化、析出相析出規(guī)律和裂紋開

4、裂、擴(kuò)展機(jī)制等進(jìn)行了研究。
　　研究結(jié)果表明:HR3C的原始態(tài)組織為固溶狀態(tài)，組織為單一的奧氏體，基體中僅存在一種有細(xì)小、彌散的CrNbN;隨著蠕變時(shí)間的延長(zhǎng)，從奧氏體晶界析出大量脆性的(Fe，Cr)23C6類型的析出相，當(dāng)蠕變時(shí)間到達(dá)5986h，這種析出相將轉(zhuǎn)化成σ相和G; CrNbN會(huì)不斷在晶粒內(nèi)部析出，但是它們的尺寸始終保持穩(wěn)定;在高溫蠕變?cè)囼?yàn)達(dá)到1489h，在晶粒內(nèi)部開始析出σ相。
　　在高溫蠕變?cè)囼?yàn)中，影響試樣斷裂

5、的因素是不一樣的。在較小應(yīng)力(應(yīng)力小于110MPa)作用下，引起HR3C斷裂的主要因素是沿晶界析出的脆性析出相(Fe，Cr)23C6，其屬于沿晶斷裂。在較大應(yīng)力(應(yīng)力大于130MPa)作用下，影響HR3C斷裂的主要因素為應(yīng)力的大小，試樣首先產(chǎn)生塑形變形，塑形變形到一定程度即斷裂，此時(shí)的斷裂方式屬于穿晶斷裂。
　　比較變形與未變形的晶粒晶界處的析出相，表明應(yīng)力集中帶來(lái)的晶粒變形將會(huì)加劇析出相的析出。晶粒尺寸大小不同，也會(huì)對(duì)析出相的析