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9-12%Cr铁素体/马氏体耐热钢的显微组织和力学性能研究

于君燕  
【摘要】: 利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射分析(XRD)、拉伸蠕变试验等方法试验研究了五种成分的9-12%Cr系铁素体/马氏体耐热钢的微观结构和力学性能以及不同热处理和650℃高温长期时效对微观结构和力学性能的影响。所得结论如下: 所研究的9-12%Cr铁素体/马氏体耐热钢经过1100℃×1h正火处理+750℃×1h或700℃×1h高温回火处理后,其微观组织特征是板条状回火马氏体,在原奥氏体晶界和马氏体板条界上析出M_(23)C_6型碳化物,在板条内部的基体上析出纳米尺寸的MX型碳氮化物。M_(23)C_6型碳化物的数量随着碳含量的降低而减少,超低碳钢中几乎没有M_(23)C_6碳化物析出。两种纳米尺寸的MX相均匀密集的分布在超低碳钢的基体内,直径约为30~50nm的较大尺寸MX相富含Nb和Ti,而直径约10mm的较小尺寸MX相富含V。在含1.5wt.%Mo的钢中发现有少量M_3B_2型硼化物。高Ti含量(0.14wt.%Ti)的钢中有尺寸约为2μm的粗大TiC颗粒,在马氏体板条界附近区域内分布有高密度纳米TiC析出相。 含高密度MX型纳米析出相的高铬耐热钢在高应力下具有较长的蠕变断裂寿命,但随着蠕变应力的降低,蠕变断裂寿命增加缓慢,表现出较快的高温强度退化速度。蠕变裂纹易于在粗大的TiC颗粒与基体的界面处形成,导致高Ti含量(0.14wt.%Ti)的钢的蠕变性能大大降低。 钢样经1100℃×1h正火+700℃×1h或750℃×1h回火热处理后在650℃长期时效处理过程中,MX析出相向四方结构的Z-相转化,且高N含量的钢中Z-相的形成较早;由于Z-相和MX相有相似的组成元素,故Z-相的形成消耗了MX相,降低MX相的强化作用。 650℃长期时效期和蠕变过程中,在板条和晶界析出大颗粒Fe_2Mo(含Mo,不含W钢)或Fe_2W型(含W钢)Laves相;在含W钢中,时效500h前,Laves相逐渐析出,弥散强化效应提高,钢样硬度增加;时效超过500h后,随着Laves相粗化和粗大的Z-相析出,基体中的固溶强化元素W的浓度降低,强化效果降弱,钢的硬度降低。


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