鈮元素在奧氏體不銹鋼中的作用有哪些
浙江至德鋼業(yè)有限公司技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)除了標(biāo)準(zhǔn)鈮穩(wěn)定奧氏體不銹鋼的鑄造等效鋼種和為耐蝕性而設(shè)計的鋼種外,還有一系列重要的石化工業(yè)用耐熱鑄造鋼種。這些鋼種在蒸汽重整爐管道中850~1050℃的溫度下和熱解加熱器管道中1100℃的溫度下工作。表中所示的1.4859 低碳20%鉻,32%鎳,1.2%鈮,鋼就是這樣一種合金,它具有良好的塑性和足夠的焊接性能。浙江至德鋼業(yè)有限公司根據(jù)研究結(jié)果,并說明了是如何通過降低該不銹鋼的鈮含量來改善其蠕變斷裂強(qiáng)度和不起皮性的,而且說明了用19%鉻,26%鎳,0.55%鈮,奧氏體不銹鋼也能夠獲得非常相似的性能。
在塑性不太重要的場合已經(jīng)采用碳含量較高的鋼種,例如成分為25%鉻-20%鎳-1.5%硅的HK40鋼。當(dāng)離心鑄造和其它鑄造的凝固速率較高時,在共晶網(wǎng)狀組織中形成了M7C3初生碳化物,在該碳化物向M23C6的隨后轉(zhuǎn)變過程中釋放出了碳,并且能夠形成二次M23C6析出物,特別是在與共晶網(wǎng)狀組織相鄰的基體區(qū)域中。至德鋼業(yè)技術(shù)人員研究了向HK40鋼中單獨(dú)和復(fù)合加入鈦和鈮的作用。他們試圖優(yōu)化共晶網(wǎng)狀組織的形貌和體積分?jǐn)?shù)以及二次碳化物的析出范圍和穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)共晶網(wǎng)狀組織能夠通過空穴形核率和裂紋的擴(kuò)展影響第三期蠕變??赏ㄟ^基體中初生碳化物和二次析出物變體之間的相互作用,確定單獨(dú)加入一種合金元素以顯著提高蠕變斷裂強(qiáng)度所需的Ti或Nb/C原子比為0.5到1左右。采用組合加入合金元素的方法可使蠕變斷裂強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高,通過這項工作發(fā)現(xiàn)了兩個用原子百分?jǐn)?shù)表示的成分判據(jù),使用該判據(jù)可確定組合加入鈮和鈦時的最佳蠕變斷裂強(qiáng)度。第一個判據(jù)確定了所析出的二次碳化物,第二個判據(jù)確定了共晶網(wǎng)狀組織的形貌。表給出了最佳鋼種的成分。
浙江至德鋼業(yè)有限公司也研究了向該成分的奧氏體不銹鋼中加入穩(wěn)定化元素對顯微組織的影響。采用了組合加入(Nb,Zr)和(Nb,Ti,Zr)的方法以盡力提高蠕變斷裂強(qiáng)度。加入(Nb,Ti,Zr)的效果最有效,因為共晶碳化鈮的形貌由片狀變成了粒狀,而且在蠕變過程中二次(Nb,Ti,Zr)C析出物抵抗粗化的能力更大。也觀察到了MC的層錯析出現(xiàn)象,這是由于鈦的存在而產(chǎn)生的高過飽和度的結(jié)果。這種類型析出物的穩(wěn)定性促成了斷裂強(qiáng)度的提高。研究了0.4%碳-20%鉻-33%鎳-2%鈮合金,發(fā)現(xiàn)離心鑄造態(tài)組織中包括有共晶NbC和大量的Cr7C3粒子,所存在的M23C6的成分類似于穩(wěn)定鑄造時的成分。將這些合金在850和980℃之間的溫度進(jìn)行時效,可使Cr7C3碳化物被M23C6,M23C6的二次析出物和NbC取代,也可使得一些存在的NbC被Ni16Nb6Si7G相取代。發(fā)現(xiàn)NbC的原始體積分?jǐn)?shù)及其向G相的轉(zhuǎn)變率隨著硅含量的增加而提高。鈮向G相的轉(zhuǎn)變能夠?qū)е逻M(jìn)一步形成二次碳化鉻。通過提高硅含量可加速NbC的轉(zhuǎn)變,而G相的存在又延長了斷裂時間。然而,硅含量高也招來了形成鐵素體和σ相的危險。
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