退火含铜SUS 304H奥氏体不锈钢的显微组织和力学性能

奇雨承

在为锅炉管设计的竞争材料中，SUS304H奥氏体不锈钢主要因其良好的抗氧化性、高的抗腐蚀能力、高的抗蠕变能力和相对低的加工成本而显示出相当大的前途。在高的蒸汽温度下操作达到进一步提高电站的效率，这要求使用具有更高抗蠕变性能的合金。现在发现在SUS304H中添加3wt.%的铜目的是降低再循环成本，还可提高该奥氏体钢的高温强度，尤其是它在650～750℃温度范围内的蠕变性能。还发现了Cu能提高蠕变强度的确切的机理和作用。于是提出：因为基体中粘附着纳米级（直径～15-50nm）大小的富铜相，所以固溶处理期间溶解在奥氏体基体中的铜，在服役过程中析出。有人指出Cu添加到3～4wt.%是最佳的，它能形成结合了理想尺寸、数量和间距为一体的富铜相。还有报道称，Cu在提高钢的蠕变性能中的作用促进了时效。

研究人员测定了两种公称化学成分为Fe-0.1C-18Cr-9.3Ni-0.4Nb-0.2Si-0.8Mn-0.1N-xCu的SUS304H奥氏体不锈钢，此处x=0和3。分别用0-Cu和3-Cu表示。这些合金经700℃×100h退火后，试验性研究了铜对其力学性能的影响。

对退火和未退火的试样进行光学显微法测定。试样经金相抛光，并用10%草酸溶液（蒸馏水配制）电侵蚀。用工业软件SigmaScanPro测定合金的晶粒尺寸。对3-Cu合金进行透射电子显微镜（TEM）观察。按照ASTME8M-04进行室温单向拉伸实验。结果表明：两种经退火的合金中晶粒都被粗化。奥氏体晶粒中分布着纳米级球状Cu颗粒析出物，并且在位错处存在碳化物。这些合金的屈服强度和极限抗拉强度都仍然不随退火时间而变。对于添加了3wt.%Cu的合金而言，其拉伸延性和应变硬化指数因退火而提高，这些都归功于退火引起的晶粒粗化，因此认为含铜合金暴露在高温下不会引起该合金的脆裂。总之，添加了Cu的SUS304H钢不影响其力学性能反而改善了其抗蠕变性能。

suji202003

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