HR3C不锈钢时效过程中铌的析出规律及其对性能的影响
2018-09-26

HR3C高温奥氏体不锈钢主要应用于超超临界火力电站中过热器和再热器部分。它是在TP310钢基础上添加Nb、N而形成的一种高Cr、Ni奥氏体耐热钢。铌的加入使HR3C在使用过程中析出许多含铌第二相，提高了钢的高温性能。含铌相的类型、析出动力学和对性能的影响一直是研究的热点。但是，人们对HR3C钢中含铌析出相及其对性能的影响还了解不够，仍需要进一步的详细深入研究。为此，研究了HR3C钢在1220℃固溶处理，然后在800℃加速时效后，含铌析出相的变化规律及其对硬度和耐腐蚀性能的影响。

试验用材料由某钢厂提供。其化学成分如表1所示。钢料通过线切割加工成10mm×10mm×15mm的小试样。将制备好的试样在箱式电阻炉中进行1220℃固溶处理，保温30min，然后在800℃下分别时效20、40、60、80和100h，空冷。试样用砂纸打磨光滑，制备金相试样，用王水腐蚀，在MDS金相显微镜和TESCAN VEGA3扫描电子显微镜下观察显微组织。金相试样用来测试表面硬度。测试仪器为HV-50维氏硬度仪，载荷30kg，加载时间15s。将TEM试样切割成0.5mm薄片，经制备的试样在JEOL2100F透射电子显微镜下观察。采用电化学动电位再活化法测定试样的耐晶间腐蚀性能。
表1  HR3C钢化学成分（质量分数，%）
项目
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Nb
N
ASME SA213
0.04
～
0.10
≤0.75
≤2.00
≤0.03
≤0.03
24.00～26.00
17.00～23.00
0.20
～
0.60
0.15
～
0.35
TP310HC bN标准试验料
0.08
0.01
1.00
0.01
0.01
25.20
20.50
0.60
0.20
 
结果表明：
（1）HR3C钢时效后晶粒度无明显变化，晶内出现大量孪晶并在孪晶界处析出第二相。造成混晶现象的原因是由于第二相分布不均匀导致个别晶粒发生二次再结晶，晶粒不均匀长大所致。
（2）HR3C钢时效过程中的析出相有MX相、Z相和M23C6相。随着时效时间的延长，基体中铬元素向MX相扩散，使之逐渐形成Z相。在C、N元素的共同作用下，σ相在HR3C中很难形成。
（3）HR3C钢的硬度值随时效时间的延长先快速上升到峰值（247HV30），而后缓慢下降并逐渐稳定（226HV30）。时效初期，小尺寸的MX相开始析出，快速弥散强化；随时效时间的延长，析出物尺寸增大，材料强度下降。晶间腐蚀敏感性随时效时间的延长先快速升高，然后逐渐下降并趋于稳定。原因是Z相的大量析出稳定了铬元素，使得其以Cr23C6形式析出的可能性降低，从而将铬稳定在晶粒内，使HR3C钢的耐晶间腐蚀性能提高。