鈮元素在奧氏體不銹鋼中的作用有哪些

 浙江至德鋼業(yè)有限公司技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)除了標準鈮穩(wěn)定奧氏體不銹鋼的鑄造等效鋼種和為耐蝕性而設(shè)計的鋼種外，還有一系列重要的石化工業(yè)用耐熱鑄造鋼種。這些鋼種在蒸汽重整爐管道中850~1050℃的溫度下和熱解加熱器管道中1100℃的溫度下工作。表中所示的1.4859 低碳20%鉻，32%鎳，1.2%鈮，鋼就是這樣一種合金，它具有良好的塑性和足夠的焊接性能。浙江至德鋼業(yè)有限公司根據(jù)研究結(jié)果，并說明了是如何通過降低該不銹鋼的鈮含量來改善其蠕變斷裂強度和不起皮性的，而且說明了用19%鉻，26%鎳，0.55%鈮，奧氏體不銹鋼也能夠獲得非常相似的性能。

  在塑性不太重要的場合已經(jīng)采用碳含量較高的鋼種，例如成分為25%鉻-20%鎳-1.5%硅的HK40鋼。當離心鑄造和其它鑄造的凝固速率較高時，在共晶網(wǎng)狀組織中形成了M₇C₃初生碳化物，在該碳化物向M₂₃C₆的隨后轉(zhuǎn)變過程中釋放出了碳，并且能夠形成二次M₂₃C₆析出物，特別是在與共晶網(wǎng)狀組織相鄰的基體區(qū)域中。至德鋼業(yè)技術(shù)人員研究了向HK40鋼中單獨和復合加入鈦和鈮的作用。他們試圖優(yōu)化共晶網(wǎng)狀組織的形貌和體積分數(shù)以及二次碳化物的析出范圍和穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)共晶網(wǎng)狀組織能夠通過空穴形核率和裂紋的擴展影響第三期蠕變。可通過基體中初生碳化物和二次析出物變體之間的相互作用，確定單獨加入一種合金元素以顯著提高蠕變斷裂強度所需的Ti或Nb/C原子比為0.5到1左右。采用組合加入合金元素的方法可使蠕變斷裂強度得到進一步提高，通過這項工作發(fā)現(xiàn)了兩個用原子百分數(shù)表示的成分判據(jù)，使用該判據(jù)可確定組合加入鈮和鈦時的最佳蠕變斷裂強度。第一個判據(jù)確定了所析出的二次碳化物，第二個判據(jù)確定了共晶網(wǎng)狀組織的形貌。表給出了最佳鋼種的成分。

 浙江至德鋼業(yè)有限公司也研究了向該成分的奧氏體不銹鋼中加入穩(wěn)定化元素對顯微組織的影響。采用了組合加入(Nb，Zr)和(Nb，Ti，Zr)的方法以盡力提高蠕變斷裂強度。加入(Nb，Ti，Zr)的效果最有效，因為共晶碳化鈮的形貌由片狀變成了粒狀，而且在蠕變過程中二次(Nb，Ti，Zr)C析出物抵抗粗化的能力更大。也觀察到了MC的層錯析出現(xiàn)象，這是由于鈦的存在而產(chǎn)生的高過飽和度的結(jié)果。這種類型析出物的穩(wěn)定性促成了斷裂強度的提高。研究了0.4%碳-20%鉻-33%鎳-2%鈮合金，發(fā)現(xiàn)離心鑄造態(tài)組織中包括有共晶NbC和大量的Cr₇C₃粒子，所存在的M₂₃C₆的成分類似于穩(wěn)定鑄造時的成分。將這些合金在850和980℃之間的溫度進行時效，可使Cr₇C₃碳化物被M₂₃C₆，M₂₃C₆的二次析出物和NbC取代，也可使得一些存在的NbC被Ni16Nb6Si7G相取代。發(fā)現(xiàn)NbC的原始體積分數(shù)及其向G相的轉(zhuǎn)變率隨著硅含量的增加而提高。鈮向G相的轉(zhuǎn)變能夠?qū)е逻M一步形成二次碳化鉻。通過提高硅含量可加速NbC的轉(zhuǎn)變，而G相的存在又延長了斷裂時間。然而，硅含量高也招來了形成鐵素體和σ相的危險。