成分和工藝對S30432鋼性能的影響及強化機理研究.pdf

1、S30432是目前世界上最先進的超超臨界（USC）發(fā)電機組上使用的高等級耐熱鋼。本文通過晶間腐蝕試驗、金相試驗、力學性能試驗和熱模擬試驗等方法以及XRD、SEM、TEM、HR-TEM等測試手段對S30432奧氏體耐熱鋼晶間腐蝕敏感性、不同熱處理狀態(tài)下的室溫性能、高溫性能、持久性能、高溫應力狀態(tài)下組織演變、高溫強化機理以及熱變形行為進行了詳盡的研究，對S30432鋼的國產(chǎn)化進程具有推進作用。
　　研究結(jié)果表明，碳含量對S30432鋼

2、晶間腐蝕敏感性的影響比鈮含量的影響更為顯著，當鈮含量與碳含量的比值大于5.8時，可以抑制晶間腐蝕的發(fā)生。隨固溶溫度升高，S30432鋼的晶間腐蝕敏感性逐漸下降，當固溶溫度不低于1100℃、碳含量不高于0.083％時，可以完全避免晶間腐蝕的發(fā)生。S30432鋼管固溶后要快速冷卻，要避免在840℃附近溫度區(qū)域停留，以防止由于M23C6碳化物析出量增加而增大晶間腐蝕敏感性。
　　固溶處理溫度和時間對室溫強度影響明顯，如果固溶溫度超過11

3、50℃室溫強度明顯下降。沖擊功隨時效時間增加明顯下降，但2000小時后趨于穩(wěn)定。碳含量對室溫強度影響明顯，鈮含量對室溫強度影響不明顯。
　　S30432鋼650℃4小時時效后持久強度均高于在700℃4小時進行時效處理。低碳中鈮試驗鋼持久強度最高。元素 Cu、Nb、C、N、和 B的強化當量系數(shù)分別為1、1、4、20、337。
　　MX相是 S30432鋼中最主要的強化相，對維持高溫持久強度的貢獻最大。MX相尺寸約50nm~12

4、0nm，通過與位錯的強烈相互作用使鋼的變形抗力增大。在650℃下同時效時間4小時相比，當時效時間達到2000小時時，MX相中的鈮和氮的含量僅增加了5.50%和2.72%，這種緩慢變化有利于其強化效果的穩(wěn)定性。
　　細小的 M23C6相在晶界、晶內(nèi)彌散分布，起到重要強化作用，M23C6相的尺寸在0.3μm~0.8μm，大量分布在晶界上，在晶內(nèi)也有彌散分布。在650℃下同時效時間4小時相比，當時效時間達到2000小時時，M23C6相析

5、出量增加16.74倍，其尺寸也明顯增大。少數(shù)大尺寸的 M23C6相，不但對強化不起作用，甚至有危害作用。
　　富銅相對S30432鋼的強化有重要貢獻。富銅相的尺寸在3nm~30nm，平均尺寸約10nm，彌散分布在晶內(nèi)和晶界，阻礙位錯運動使鋼得到強化，同時富銅相還存在于亞結(jié)構(gòu)和孿晶中阻止位錯運動，使鋼的強度得到提高。
　　通過對S30432鋼進行熱模擬試驗，獲得了S30432鋼在各個應變速率條件下不同變形溫度時的流變曲線。確定