时效时间对S30432钢组织的影响

xin0624

S30432钢是由日本住友金属和三菱重工开发的一种奥氏体耐热钢，该钢在580℃～620℃温度区间持久强度高、组织稳定性良好，在国内外超超临界火电机组上大量应用于锅炉的过热器管和再热器管。该钢利用了Nb的碳、氮化物起到强化作用，通过添加Cu时效析出富Cu相来提高强度，在成材工艺上通过调整软化处理温度和固溶处理温度获得较细小的奥氏体晶粒，提高钢的高温抗蒸汽氧化性能，但S30432钢国产化后持久强度不够稳定。为此，研究了650℃不同时效时间对S30432钢组织和析出相的影响，分析析出相的种类、数量和分布形态，探讨该钢的析出相在长时高温下的析出与变化规律，目的是通过分析该钢在高温条件下的组织变化及析出行为，从而探究钢的强化和弱化机理以及时效原因等。

试验材料选用供货态S30432钢钢管，其主要化学成分符合表1的成分要求。S30432钢的热处理工艺为1150℃×1h固溶+650℃时效，时效时间分别为10、300、1000、3000h。
表1  S30432钢的化学成分（质量分数， %）

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Nb	N	Al	B
0.07～0.13	≤0.30	≤1.00	≤0.030	≤0.010	17.0～19.0	7.50～10.50	2.50～3.50	0.20～0.60	0.05～0.12	0.003～0.030	0.001～0.010

试样经机械打磨和抛光后，用体积分数为4%的硝酸酒精溶液侵蚀，然后用FEI QUANTA 400扫描电镜（SEM）进行组织观察。用线切割将试样切至0.2mm厚，经机械研磨后，采用TENUPOL-5型双喷减薄仪在-30℃进行双喷减薄，双喷液为5%高氯酸+95%无水乙醇，液氮冷却，电压20～35V。用JEM2100透射电镜（TEM）观察组织形貌。结果表明：
（1）S30432钢在650℃时效时，随着时效时间的延长，组织中的孪晶大量消失，并发生明显回复过程，但晶粒没有明显长大，组织中有大量的未溶Nb（C，N）。
（2）时效时间为1000h时，M23C6相在晶界处的数量急剧增加，在时效3000h后，随着析出数量的增加和析出物长大，碳化物呈链状分布在晶界，富铜相析出数量也大量增加。
（3）在时效初期，富铜相析出数量极少，且只有几个纳米大小，随着时效时间延长，富铜相析出数量增加，并发生长大。富铜相和M23C6相、孪晶一起阻碍位错运动，强化了晶界和基体，从而提高钢的高温性能。