微量合金元素对超超临界锅炉用S30432钢纳米析出相的影响

S30432奥氏体钢是超超临界机组锅炉用首选钢种之一。国产S30432 钢管外推持久强度与国际先进水平相比仍有一定差距，并且"Mo对S30432持久强度影响的机理"尚不明确。我们前期研究发现，"控制富Cu相的长大、延缓Nb(C,N)的长大及向Z相的转变"对提高S30432钢的持久强度非常重要。本课题提出"在S30432钢中加入少量V，减慢MX的长大和延缓Z相的形成"的设想，同时将特别借助三维原子探针，通过对富Cu相析出与长大过程中界面处的成分变化，以及Nb(C,N)的长大和转变过程中界面处的成分变化，研究 "微量合金元素Mo、V对S30432耐热钢中富Cu相的析出与长大，以及Nb(C,N)的长大和转变的影响"。在此基础上，通过"控制富Cu相的长大、延缓Nb(C, N)的长大及向Z相的转变"，达到进一步提高S30432钢持久强度的目的，为优化S30432钢的成分提供理论依据。

S30432 奥氏体钢是超超临界机组锅炉用首选钢种之一。国产S30432 钢管外推持久强度与国际先进水平相比仍有一定差距，并且“Mo 对S30432 持久强度影响的机理”尚不明确。本项目特别借助3DAP研究了S30432钢中纳米析出相Nb(C,N) 和富Cu 相时效及持久过程中的析出、长大行为，同时研究S30432钢650 ℃时效，625℃、650℃和700℃持久过程中析出相的变化对性能的影响。在此基础上，研究了Mo和V的加入对S30432钢性能的影响，为提高S30432 钢的持久强度、优化成分提供理论依据。研究结果表明：时效、持久过程中析出的细小、弥散的富Cu相是该钢最主要的强化相，它的沉淀强化作用占S30432钢持久强度的59％左右。富Cu相是影响S30432钢时效、持久过程中硬度、强度变化的最主要因素。3DAP研究表明，时效仅5h就明显析出富Cu相，颗粒中的Cu含量快速增高，Fe、Cr和Ni原子快速减少。随时效时间延长，富Cu相逐渐长大，数量减少。时效时间从5h增加到500h，Cu含量逐渐增加，Fe、Cr、Ni含量随着Cu含量增加被排斥而逐渐减少。时效至3000h，Cu含量已达90%。Mn、Al和Ni在团簇内部和基体界面处发生明显的富集，可能是富Cu相长大缓慢的原因。富Cu相高温持久过程中的长大符合LSW理论，长大激活能为231kJ/mol。富Cu相直径小于6nm，切过机制起主导作用。当富Cu相长大超过6nm时，Orowan绕过机制起主导作用。控制富Cu相直径在6nm左右，析出强化效果最大。加入Mo后，S30432钢中的MX析出相的数量略有减少，但会抑制MX的粗化，增强基体的固溶强化作用。Mo加入到S30432钢后，短时高温强度稍有提高，塑性提高明显。相比于力学性能，Mo对S30432钢的耐点蚀和耐晶间腐蚀改善更有效。国外钢铁生产企业在S30432钢中加入Mo，更多地是为了改善S30432钢的耐蚀性能。S30432钢中添加少量的V促进析出触须状Z相，Z相尺寸细小，长大速度非常缓慢，析出强化作用显著，有效提高了S30432钢的持久强度。在S30432钢中加入V阻碍动态回复再结晶的发生。在1000℃和1050℃，V对S30432钢的动态回复再结晶的阻碍作用最显著。加入Mo和V后成分优化的S30432钢持久强度得到了提高，达到了本项目的预期目标。