铌和铜对高mn-n奥氏体不锈钢的高温蠕变性能的影响

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1、铌和铜对高Mn-N奥氏体不锈钢的高温蠕变性能的影响摘要：铌和铜对高Mn-N奥氏体不锈钢的蠕变特性的效果是在600和650°C调查的。在最初的高Mn-N钢，最初无沉淀，析出为M23C6（M=铬，铁）和Cr2N发生主要是对晶粒蠕变变形过程中的边界。另一方面，在轻微的Nb的添加导致Z-相（CrNbN）中的和MX高数量密度（M=铌，X=C，N）内的碳氮化合物与氮含量高的结合，抑制的Cr2N的形成。在添加Cu引起了纳米级金属Cu的析出独立颗粒。不同的沉淀与Z相，MX和富-铜形成机构的组合相关联的析出横空出世，可以显著改善抗蠕变性。使用

2、热动力学模拟进行了沉淀的热力学和动力学讨论。1.引言：300系列的奥氏体不锈钢（铁-铬-镍合金）有被认为是候选材料的过热器/在超超临界（USC）的电厂由于其卓越的高温强度和抗氧化阻力[1,2]。然而，由于高镍的含量（8-12重量％），其成本高，这一种奥氏体稳定剂，增加经济问题。另一种奥氏体稳定剂，锰，具有被视为唯一潜在的替代昂贵的Ni[3-6]。然而，虽然使用的Mn降低了成本，但是用锰代替镍导致耐蚀性降低[3]。针对这一问题，200系列的不锈钢（铁-铬-锰合金）具有高N含量已经开发[3]。N是很强的奥氏体稳定剂之一[5]。然

3、而，增加在合金中N的含量由于注射的技术困难的限制，这也限制了其广泛的应用[3]。该技术最新发展使炼钢的加入N含量高0.2％[7]。因此，研究200系列奥氏体不锈钢具有高N含量已引起再次关注[7-9]。虽然加入N能有效的改进的200系列奥氏体不锈钢的耐蚀性[7]，但是其高温强度不能媲美300系列奥氏体不锈钢。然而，已报道了添加N有助于提高不锈钢高温蠕变的阻力通过与过渡金属如Ti，V，Nb和Ta形成稳定的氮化物[10-13]。此外，对于金属氮化物，另一种类型的沉淀硬化报道了奥氏体不锈钢;均匀分布形成纳米尺寸的富-铜金属颗粒蠕变变

4、形过程中提高了奥氏体钢蠕变断裂寿命（18Cr-10Ni和15Cr-15Ni）[12〜14]。在这方面，本研究旨在展示通过不锈钢铌碳氮化物和富Cu的析出独立金属颗粒来改进200高Mn-N奥氏体的高温抗蠕变性的方式。对于蠕变性能和微观结构两个基本特性的联系，进行了仔细地显微组织演变的研究。2.实验步骤：2.1材料与机械测试在本研究中使用的高Mn-N奥氏体不锈钢测得的化学成分示于表1。该钢是由POSCO提供。A1钢是具有典型成分的Fe–Cr–Mn–N钢。A2钢具有几乎相同的化学组成，与A1钢的区别在W，Nb和Cu的含量上。结果显示

5、W没有形成任何沉淀物，因此，W的出现稍微有助于在高温强度下形成固溶体。热轧工艺被用来进行产生15毫米厚的板。该热轧板在1050℃下进行热处理1小时，然后水淬。蠕变试样被加工成沿滚动方向具有32毫米的标距长度和直径6.35毫米的板（ASTME139）。蠕变试验是在600℃和650℃下以恒定的负载在空气中操作。该炉配备了3区温度控制单位并且使蠕变试样的温度差小心地控制在少于±1℃。蠕变应变是由高温引伸计测量。2.2实验技术（分析工作）：显微组织观察通过用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）使用FEI检查F50和FE

6、I的TecnaiF20，分别进行。用于TEM观察，薄箔样本被准备从所制备的试样和蠕变断裂试样的均匀变形量（远离颈缩的面积），在室温下用双喷射研磨方法在10％高氯酸+90％乙酸溶液中得到。12对于析出物的相分析，X-射线衍射（XRD）是对从所制备的样品和蠕变断裂试样的阳极分解方法的计部分中提取的粉末进行测定。用于阳极分解的电解质溶液是通过95％的甲醇和5％的HCl的混合物。所提取的粉末放入硼硅酸盐毛细管可以采用CuKα辐射安装在BrukerD8Advance型仪器。步长为0.02°2-θ方向，计数时间为每步10秒。析出物的平均

7、粒径被通过以整个宽度在衍射峰的半峰值（FWHM）由布鲁克公司提供的EVA软件计算。2.3.热力学计算：热动力学软件包MatCalc（版本5.44）[15]在考虑热力学史的情况下在钢A2中的沉淀物演变的模拟在600℃下长达105小时长期服务已经运行了，该处理微观过程的动力学基于经典形核理论和演化方程对每个沉淀的半径和成分从热力学极值原理推导出来。在模拟过程中，热力学和动力学所计算的数据是从MatCalc数据库'mc_steel“，1.18版本，和MatCalc移动数据库'mc_sample_fe”，1.10版本。在仿真中所定义

8、的基体相为奥氏体。奥氏体的晶粒尺寸被假定为25微米，这是在奥氏体钢的常规热机械处理后得到的范围内。在奥氏体基体的位错密度被假定为1012每平方米。MX（铌的碳氮化物）中，M23C6，Z相和Cu，被实验性观察在这项研究中，同时被包含在模拟尽可能沉淀。3.结果与讨论：3.1.初始组织结构：图1