HR3C不銹鋼時效過程中鈮的析出規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，經制備的試樣在JEOL2100F透射電子顯微鏡下觀察。采用電化學動電位再活化法測定試樣的耐晶間腐蝕性能。
表1 HR3C鋼化學成分（質量分數，%）
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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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結果表明：
（1）HR3C鋼時效后晶粒度無明顯變化，晶內出現大量孿晶并在孿晶界處析出第二相。造成混晶現象的原因是由于第二相分布不均勻導致個別晶粒發生二次再結晶，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定。原因是Z相的大量析出穩定了鉻元素，使得其以Cr23C6形式析出的可能性降低，從而將鉻穩定在晶粒內，使HR3C鋼的耐晶間腐蝕性能提高。