鈮含量對S31042耐熱鋼析出相及持久性能的影響

S31042耐熱鋼廣泛應用于超超臨界火電機組的過熱器和再熱器管，在高溫高壓下服役。在之前的研究中發(fā)現(xiàn)，Z相（NbCrN）和MX相（Nb（C、N））隨時效溫度和時間的變化較小，一直保持較為細小的顆粒狀，起到了很好的沉淀強化作用，有效提高了鋼的持久強度。而鈮元素是Z相和MX相最重要的合金元素，本工作通過對不同鈮含量的試驗鋼高溫長時時效處理及持久試驗，研究了鈮含量對其析出相種類和數(shù)量以及持久強度的影響，并確定最佳鈮含量。

共冶煉了3爐鈮含量分別為下限（0.2%）、中限（0.4%）和上限（0.6%）的試驗鋼，化學成分見表1。試驗鋼采用25kg真空感應爐冶煉，澆鑄后鍛成Φ15mm棒材，然后進行1250℃×30min固溶處理，根據S31042鋼在超超臨界鍋爐中的使用溫度，持久試驗溫度設定為700℃。同時對固溶處理完的試樣進行長時時效處理，溫度為700℃，時間分別為10、100、1000、3000、10000h。對固溶態(tài)及時效處理后的試樣進行金相組織觀察，對部分試樣進行物理化學相分析，確定鋼中析出相的種類和數(shù)量。

表1 試驗鋼的化學成分（質量分數(shù)，%）

試驗結果表明：

（1）經固溶處理后，S31042鋼中存在未固溶的一次析出相Z相和Nb（C、N）相，且隨鈮含量的增加，Z相和Nb（C、N）相含量明顯增多，尺寸較大。

   （2）S31042鋼700℃時效過程中的主要析出相為M₂₃C₆相、Z相和MX相，時效10000h后發(fā)現(xiàn)存在σ相。

   （3）鈮含量對時效態(tài)S31042鋼中析出相的種類沒有明顯影響；隨鈮含量的升高，鋼中M₂₃C₆相數(shù)量變化不大，Z+MX相的數(shù)量顯著增加。