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    沉淀硬化奥氏体耐热钢
    沉淀硬化奥氏体耐热钢是在奥氏体基体上通过第二相沉淀强化的耐热钢,用于制造600~750℃的燃气轮机部件。沉淀硬化奥氏体耐热钢是在18/8和18/12铬-镍不锈钢的基础上发展起来的。为保证有足够的抗yang化性,铬含量均在12%以上,加入足够量的镍以稳定奥氏体组织。根据镍含量不同,有低镍、25%、35%、45%不同类型,第二相沉淀强化元素有钛、铝、铌、钒等,固溶强化元素有钨、钼等,还有硼、锆、铈、镁等微量元素强化晶界。根据强化相的类型,又可分为碳化物沉淀硬化奥氏体耐热钢和金属间化合物沉淀硬化耐热钢两大类。
    沉淀硬化奥氏体钢的分类
    碳化物沉淀硬化奥氏体耐热钢
    以碳化物形成元素钒、铌和钼形成的mc和m23c6型碳化物作为强化相,使用温度650℃。为保证足够高的高温强度,必须有足够高的碳化物体积分数,故这类钢的碳含量应保持在0.4%左右。代表性的中国牌号为gh36,它是一种节镍型的fe-13cr-8ni-8mn钢,并含有强化元素钼、钒和铌。其中钼主要是起固溶强化作用,钼含量约为1.4%。钒和铌含量分别约为1.4%和0.4%,王要起沉淀强化作用。gh36钢中最主要的碳化物是vc,其中溶有部分铌和钼,随钢中钒含量增加,钢的高温强度增加,vc析出量最多时(670~750℃)与最大硬度相符,其颗粒从几个nm到20nm。第二种碳化物是m23c6,其成分为(cr,fe,v,mo)23c6复合碳化物,最高形成温度为900℃。钼的溶入促进了m23c6的强化效应。第三种碳化物为nbc溶有部分钒和钼,铌虽有固溶强化作用,但过量易生成一次粗大的nbc或nb(c,n)夹杂物,不利于钢的强化。vc和m23c6只有在相当高温度下才能溶解,所以固溶温度在1120~1140℃保温80min。时效处理采用二次时效热处理制度,即650~670℃时效14~16h后升温到770~800℃时效14~20h,然后空冷。此时钢中主要强化相为1%左右的弥散分布的vc和3%左右颗粒稍大的m23c6以及0.3%左右的难溶解的nbc或nb(c,n)。为限制nbc或nb(c,n)出现,应控制低的氮含量和n3gn的碳含量和不太高的氮含量,氮含量增加不仅使钢的强度低,而且持久塑性也显著下降。为改善钢的性能,加入少量铝(约0.3%)以固定氮,减少nb(c,n)夹杂物,可以更好发挥钒和铌的强化作用。同时加入微量镁(0.003%~0.005%)可强化晶界,提高钢的持久塑性。
    此外,还有铁一铬一镍一钴基的碳化物沉淀硬化型耐热钢如美国的s-590(含有0.4%碳、21%铬、20%镍、20%钴、4%钨、4%钼、4%铌),其沉淀强化相为nbc。另一类型是借温加工来促进碳化物沉淀强化的中国耐热钢g18b(含有0.4%碳、13%铬、13%镍、10%钴、2.5%钨、2%钼、3%铌),其沉淀强化相亦为nbc。
    金属间化合物沉淀硬化奥氏体耐热钢
    以金属间化合物γ’-ni3(ti,a1)作为主要沉淀强化相,用于温度在650~750℃甚至更高的温度运转的燃气轮机部件。由于加入大量铁素体型强化元素如钨、钼、钛、铝和铌等,为保证基体奥氏体组织的稳定性,加入了大量的镍,其基体根据镍含量不同可分为fe-15cr-25ni、fe-15cr-35ni等,加入钛和铝主要是为形成γ’-ni3(ti,a1)金属间化合物,以便经过时效处理产生沉淀强化。图为cr15ni25钢加入钛和铝所形成的各种金属间化合物。其中能作为沉淀强化相的是溶有钛和铝的γ’-ni3(ti,a1)相,长时间后γ’-ni3(ti,a1)相会转变成η-ni3ti相而出现胞状沉淀组织,使沉淀强化效果消失。一般a1/ti小于1,铝有稳定γ’-ni3(ti,a1)的作用。过量的铝又会形成ni2a1ti和ni(a1,ti)相,易聚集长大,不能作为沉淀强化相。这类钢中γ’相的体积分数不超过20%,因而限制了进一步提高钢高温强度。进一步合金化还单独或同时加入钨和钼以固溶强化来提高其高温强度和使用温度。钨和钼除有形成laves相倾向外,还可能形成σ相和μ相,使钢失去组织稳定性,甚至造成脆化效应。通过调整成分或细化晶粒减轻σ相在晶界密集程度,是保证钢在高温长期使用安全的重要措施。钼能改善由钛引起的低塑性和缺口敏感性。钢中加入晶界强化元素硼、锆、铈、镁等,其中硼含量不宜过高,否则在晶界易形成硼化物低熔点共晶而产生热脆。这些微量元素可改善钢的持久塑性和强度,消除缺口敏感性。硅作为残留元素在钢中存在,当其含量在上限时易生成ni14ti9si6的g相,消耗主要强化元素钛及奥氏体形成元素镍,且g相性脆,要严格控制其生成。由于这类钢的组织稳定性较差,γ’-ni3(ti,a1)易生成η-ni3ti的不利转变和微量脆性相析出倾向,限制了钢在较高温度下的强化,只能在650~750℃的中温范围使用。
    crl5ni25钢加入钛和铝形成的各种金属间化合物
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    (2)线材:5kg起订,特殊规格订做视具体情况而定;
    (3)板材:(薄板),1张起订;(中厚板)可零切订;
    (4)棒材:小直径5kg起订,如需几支试样,另视情况而定收取样品费;中大直径1条起订;
    (5)管材:小直径5kg起订,如需几支试样,另视情况而定收取样品费;中大直径1条起订;
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    奥氏体不锈钢管中的牌号有18-8(日常18-10或19-9)型的304不锈钢(中国为00cr19ni10)和18-12-2的316(0cr17ni12mo2)。为了解决奥氏体不锈钢焊后因铬碳化物析出所导致的铬贫化而引起的晶间腐蚀敏感性,早期是加入碳化物稳定化元素钛和铌,20世纪60年代后期,aod和vod等炉外精炼工艺技术的问世,降低了钢中碳量到≤0.03%,解决了奥氏体不锈钢敏化态(焊后)晶间腐蚀的敏感性,提高了钢中的纯净度,也解决了钢的固溶态晶间腐蚀的敏感性。因此,自20世纪80年代以来,所开发的新奥氏体不锈钢基本上都是超低碳型的。
    为了适应现代工业发展中的耐苛刻介质全面腐蚀的需求,在304、316等不锈钢管基础上提高钢的铬、镍、钼含量,以及加入铜、硅等元素或降低杂质元素的残余量,又发展了许多高合金的新牌号,例如含约4.5%mo的317lm(00cr18ni16mo5)和904l不锈钢(00cr20ni25mo4.5cu)以及尿素级、硝酸级、核级、食品级等类型的奥氏体不锈钢管。根据1962~1997年间对不锈钢管大量腐蚀破坏形态的统计,可以看出,1962~1971年间全面腐蚀和晶间腐蚀已大量减少,而1962年起到1997年,应力腐蚀、点腐蚀、间隙腐蚀以及腐蚀疲劳等局部腐蚀在腐蚀破坏中仍占有相对高的比例。其中点蚀和缝隙腐蚀仍占20%以上,应力腐蚀和腐蚀疲劳仍占10%以上。通过研究,人们已经了解到提高奥氏体不锈钢管中的镍量可以显著提高钢的耐应力腐蚀性能,提高铬、钼量可以显著提高钢的耐点蚀和耐缝隙腐蚀的性能,而刚的应力腐蚀和腐蚀疲劳通常都是有点蚀和缝隙腐蚀为起源,因此,人们开始关注耐点蚀、耐缝隙腐蚀性能优良的高合金奥氏体不锈钢的研制。
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