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铸造奥氏体不锈钢中的铌

作者: 来源: 日期:2020/5/18 21:18:43 人气:4

除了标准铌稳定奥氏体不锈钢的铸造等效钢种和为耐蚀性而设计的钢种外,还有一系列重要的石化工业用耐热铸造钢种。这些钢种在蒸汽重整炉管道中850-1050℃的温度下和热解加热器管道中1100℃的温度下工作。表1所示的1.4859低碳20%Cr32%Ni1.2%Nb钢就是这样一种合金,它具有良好的塑性和足够的焊接性能。Wen-TaiHoneycombe67)引用了Cox的研究结果,并说明了是如何通过降低该钢种的铌含量来改善其蠕变断裂强度和不起皮性的,而且说明了用19%Cr26%Ni0.55%Nb奥氏体不锈钢也能够获得非常相似的性能。

在塑性不太重要的场合已经采用碳含量较高的钢种,例如成分为25%Cr-20%Ni-1.5%SiHK40钢。当离心铸造和其它铸造的凝固速率较高时,在共晶网状组织中形成了M7C3初生碳化物,在该碳化物向M23C6的随后转变过程中释放出了碳,并且能够形成二次M23C6析出物,特别是在与共晶网状组织相邻的基体区域中。Shinoda等人(68)研究了向HK40钢中单独和复合加入钛和铌的作用。他们试图优化共晶网状组织的形貌和体积分数以及二次碳化物的析出范围和稳定性。发现共晶网状组织能够通过空穴形核率和裂纹的扩展影响第三期蠕变。可通过基体中初生碳化物和二次析出物变体之间的相互作用,确定单独加入一种合金元素以显著提高蠕变断裂强度所需的TiNb/C原子比为0.51左右。采用组合加入合金元素的方法可使蠕变断裂强度得到进一步提高,通过这项工作发现了两个用原子百分数表示的成分判据,使用该判据可确定组合加入NbTi时的最佳蠕变断裂强度。第一个判据确定了所析出的二次碳化物,第二个判据确定了共晶网状组织的形貌。表1给出了最佳钢种的成分。

(Ti+Nb)/CTi/(Ti+Nb)=0.3

Wen-TaiHoneycombe67)也研究了向该成分的奥氏体不锈钢中加入稳定化元素对显微组织的影响。采用了组合加入(NbZr)(NbTiZr)的方法以尽力提高蠕变断裂强度。加入(NbTiZr)的效果最有效,因为共晶碳化铌的形貌由片状变成了粒状,而且在蠕变过程中二次(NbTiZr)C析出物抵抗粗化的能力更大。也观察到了MC的层错析出现象,这是由于钛的存在而产生的高过饱和度的结果。这种类型析出物的稳定性促成了断裂强度的提高。

Ibanez等人(69)研究了0.4%C-20%Cr-33%Ni-2%Nb合金,发现离心铸造态组织中包括有共晶NbC和大量的Cr7C3粒子,所存在的M23C6的成分类似于稳定铸造时的成分。将这些合金在850980℃之间的温度进行时效,可使Cr7C3碳化物被M23C6M23C6的二次析出物和NbC取代,也可使得一些存在的NbCNi16Nb6Si7G相取代。发现NbC的原始体积分数及其向G相的转变率随着硅含量的增加而提高。铌向G相的转变能够导致进一步形成二次碳化铬。通过提高硅含量可加速NbC的转变,而G相的存在又延长了断裂时间。然而,硅含量高也招来了形成铁素体和σ相的危险。