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为适应开发超超临界汽轮发电机组的需要,有多种高性能的高温结构用改性9-12 wt.%Cr钢被引进。10%Cr MoWCoVNbNB (MTB10A)就是其中的一种。由于国外厂商设置了技术和商业壁垒,迫切要求自行掌握该钢种的性能数据,以充分发挥其性能,并实现该钢的国产化。本文对该钢的组织与性能进行两个方面的考察,一是热处理制度对组织和室温性能的影响,二是高温力学行为和蠕变过程中的组织演变。结果发现:
在所研究的淬火(1100oC~1180oC)和回火(600oC-700oC)温度范围内,各种热处理制度均能得到符合标准要求的性能。最佳淬火温度为1140oC。与淬火温度相比,力学性能对回火温度要更为敏感。淬火组织为典型的板条马氏体,回火组织则介于回火屈氏体和回火索氏体之间。对回火后析出的碳化物分析表明,在各种热处理条件下,主要的碳化物类型均为M23C6类型。这些碳化物中除Fe、Cr外,还含有高熔点元素如W、Mo、Ta等。随着温度上升,碳化物中的Cr含量下降。此外,碳化物析出百分数和室温性能之间不存在明确的对应关系。
MTB10A在600oC~650oC,150~350 Mpa条件下的蠕变曲线不存在严格的第二阶段,其在 曲线上仅表现为一个拐点。高应力下的蠕变表观激活能高达526.6 kJ/mol,远高于Fe的自扩散激活能,因此其蠕变过程不可能受自扩散控制。不同方式求解的应力指数有很大的差异,由最小蠕变速率求得的应力指数为4~8,由短时弛豫求得的应力指数为17~21,后者与9%~12% Cr钢的典型值相吻合。这种歧异随着弛豫时间的延长而减小,650oC弛豫3.2 h后的应力指数和由蠕变求得的指数接近,说明高应力指数值是MTB10A的本质特征,低指数是因为组织在蠕变过程中发生了改变。低的指数对应位错攀移过程,而对弛豫过程计算的热激活体积则在102 b3的数量级,对应位错交滑移过程。激活体积随弛豫时间延长而下降,趋近位错攀移的b3数量级。
MTB10A在蠕变前后的碳化物分布及基体组织发生了变化。碳化物发生了聚集粗化,其聚集方向是从晶内到晶界。在较高温度还有Laves相析出。高应力可加剧碳化物的聚集,应变量的提高则促使碳化物在晶界上的均匀分布。
基体的组织演变以亚晶回复与再结晶为主。除存在原始大角度晶界的连续破坏外,还存在亚晶界和大角度晶界的动态生成及随应变进行的连续演变现象。高应力加剧亚晶演变趋势。
MTB10A的大角度晶界的分布具有倾向性,其CSL晶界的主要类型为? = 3、13。在蠕变过程中CSL晶界的类型也会发生变化。应力和应变的增加都起到促进CSL晶界类型多样化的作用。
MTB10A钢的蠕变是位错蠕变,受交滑移和攀移共同控制,初期交滑移占主导地位,随时间延长,攀移占优。