铌在奥氏体不锈钢和双相不锈钢中的作用

《铌在奥氏体不锈钢和双相不锈钢中的作用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、铌在奥氏体不锈钢和双相不锈钢中的作用DavidDulieuSheffield,S358RD,UnitedKingdom摘要：铌在铸造和变形奥氏体不锈钢中的两个主要作用是用作稳定剂以减轻晶间腐蚀的危险，并用作强化剂。到目前为止，似乎铌在奥氏体-铁素体双相不锈钢中还没有同时起到这两种作用。本文概述了设计奥氏体钢成分的原则并归纳了铌作为合金化元素的作用。为了说明成分是如何演变的，结合使用要求述评了主要析出相的特征及其分布。所涉及的冶金进展中包括均衡降低347钢成分中铌和碳的含量所获得的益处。控制热处理与冷加工的组合

2、应用使该使用广泛的钢种的耐蒸汽氧化性和蠕变强度均得到了优化。低铌含量与高氮加入量的结合导致了更迭稳定化机理。在高温用途中析出强化的效果得到了改善，这是因为加入了多种微合金化元素，主要是铌，钛和钒，以及对铬-铌氮化物作用的认可。根据加入钼，铌，钛，氮，铜和钨多种合金元素的协合作用，开发了矿物燃料和核动力发电厂用高强度抗蠕变系列钢种。这些钢种的开发利用了合金设计的知识将有效的固溶强化和析出强化与最优晶界析出结合在一起进行。1引言1.1历史背景大多数含铌奥氏体钢可分成两大类型：加铌起稳定化作用以防止晶间腐蚀的钢种和

3、适于高温应用的钢种。后者可细分成铌作为主要加入元素提高蠕变强度的钢种，以及利用铌与其它加入元素交互作用的更复杂的合金。虽然本文主要涉及变形合金，但是也谈到铸件用钢种。含铌钢的发展与其在发电，化学制品，核和燃气轮机工业上的应用密切相联。1957年Binder（1）对这些领域进行过综述，当时在蒸汽发电厂的过热器和其它高温区域内采用了347钢，主要集中在几个问题上。这些问题包括该钢种的热加工性，焊接和铸造过程中的液析开裂和应力开裂问题，以及对高温性能有要求的产品型式的多样性。在1981年Keown和Pickerin

4、g（2）发表其述评以前，已经大体上理解了含铌钢特性的变化。证实了Nb(C,N)溶解度与温度和成分关系的重要性，并且也已经将过饱和度，冷加工和时效或稳定化热处理对二次析出的影响与焊缝和母材的特性联系起来。本文不打算涵盖所有更新的成分参数或用途。首先要考虑如何选择铌在其中发挥作用的铁-铬-镍（锰-氮）基体，然后举例介绍成分不同的含铌钢。归纳了铌作为合金化元素的作用，概述了在变形和铸造合金中析出相和析出顺序与使用条件的关系。然后考虑氧化性和铌在受辐照钢中的作用。除非特别说明，本文中所使用的钢种描述方法，例如“347

5、”为一般性术语，而非专门的标准的钢种描述方法；欲知细节，应进一步查阅所引用的参考文献。给出的所有成分均为重量百分数。1.2冶金进展在本文中介绍的含铌钢的重要冶金进展可分列在下列标题下：（1）降低一次碳化物粒子的体积分数到最小而改善钢的热加工性，塑性和可焊接性。（2）其它碳化物形成元素如钛在提高铌基MC在高温钢中析出效果上的重要性。（3）尤其是钢中氮含量高时少量铌对强度和耐晶间腐蚀性的重要影响的认识。（4）利用复合晶内析出物数量对蠕变强度的作用。（5）Nb(C,N)稳定性与Z相(Cr,Nb)氮化物的关系，以及‘

6、二次’碳化铬与较高氮含量钢强化作用的关系。（6）对析出物分布的控制以及晶间与晶内析出间的平衡。这可在使用温度范围内优化低碳和高碳含铌合金的蠕变断裂寿命。（7）合金元素在辐照显微组织中作用的优化。2铁-铬-镍基体与合金元素在奥氏体和双相不锈钢中的作用2.1奥氏体不锈钢Harries（3）归纳了奥氏体不锈钢的基本物理冶金原理。铬是不锈钢中的主要加入元素。奥氏体不锈钢中铬的有效下限值约为13%。铬的上限值很少超过25%，而且可以通过在热辐射过程中形成σFe-Cr中间相的倾向，或通过高铬钢在特殊侵蚀环境中的特性来调整

7、该上限值。硅和铝可改善耐氧化性且都是稳定铁素体的元素。可加入稀土提高氧化物的稳定性。为了提高高温强度，可加入氮，钼和钨，也可同时加入能够形成稳定的晶间析出物的元素，以达到阻止位错运动。对于较低温度下的耐蚀性来说，保护性钝化氧化膜不一定会被局部基体的贫铬所削弱。应当根据钢种的加工工艺和在使用时的暴露情况，决定是需要加入钛还是需要加入铌以达到稳定化，并与所采用的低碳钢种相对应。通过加入钼，钨和氮可提高耐点蚀性。在确定耐氧化或耐腐蚀钢的成分后，就能够选择加入镍或不常使用的镍-锰-氮复合加入的方法以提高奥氏体组织的成

8、形性。决定奥氏体稳定剂加入量的因素包括：（1）加工性考虑，控制凝固路径的需要。（2）相对于加工硬化过程和低温转变的因素有组织的稳定性，降低磁导率的需要。（3）镍降低碳化和氮化速率的有益作用。（4）形成σ相的敏感性与由高温析出所能引起的基体和晶界区域成分的变化。大多数含铌钢基体的成分在15-25%Cr，9-35%Ni范围内。可用镍当量和铬当量来预测凝固组织，例如，Kotecki和Siewert（4）归