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(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(shuō)明了是如何通過降低該不銹鋼的鈮含量來(lái)改善其蠕變斷裂強(qiáng)度和不起皮性的，而且說(shuō)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(chǎng)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(dāng)離心鑄造和其它鑄造的凝固速率較高時(shí)，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(dú)和復(fù)合加入鈦和鈮的作用。他們?cè)噲D優(yōu)化共晶網(wǎng)狀組織的形貌和體積分?jǐn)?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(kuò)展影響第三期蠕變?？赏ㄟ^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(dú)加入一種合金元素以顯著提高蠕變斷裂強(qiáng)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(qiáng)度得到進(jìn)一步提高，通過這項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)用原子百分?jǐn)?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(shí)的最佳蠕變斷裂強(qiáng)度。第一個(gè)判據(jù)確定了所析出的二次碳化物，第二個(gè)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(duì)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(qiáng)度。加入(Nb，Ti，Zr)的效果最有效，因?yàn)楣簿蓟壍男蚊灿善瑺钭兂闪肆?，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(cuò)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(qiáng)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(shí)的成分。將這些合金在850和980℃之間的溫度進(jìn)行時(shí)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?jǐn)?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(jìn)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(zhǎng)了斷裂時(shí)間。然而，硅含量高也招來(lái)了形成鐵素體和σ相的危險(xiǎn)。