高铬钢蠕变析出相变化分析概述

Ｏｌｓｏｎｔ９１￣ｌＡｇｒｅｎ０￣１等人扩展 到多组 分体系时 ，给 出了 具有较高 的蠕变断裂强 度。
在ａ基体 中ｂ析 出物颗 粒 的一 个碳组 分体 系 ，其 粗化 速率常数 ｔ算公式为 ：
析 出物稳 定性 评价
墨
：
９量：ｆ’（ 一 ，∥２／（ ｉ Ｌ
图 １显示 的是Ｐ９１和Ｐ９２钢在 ６００℃时 ，由实验方
岔鸪哲尊
旺四量目田目
晶界滑移 的效果 ，同时也可 以起到 抑制板 条马 氏体 时效过程 中析 出Ｌａｖｅｓ相 ，其主要是 由Ｆｅ和ｗ或Ｍｏ等
回复的作 用 ，对 高温合 金 的持 久强度 有重 大贡献 ， 合金 元素形 成 的金属 间化合 物Ｆｅ：ｗ或Ｆｅ：Ｍｏ，并 且
并且提升蠕变寿命 。
通常会在其 他碳化物 ，例如Ｍ： Ｃ 碳化物 附近析 出 ，
ＭＸ相 主要是 以ＭＸ碳 氮化物 析出 ，其 中Ｍ主要 在未经蠕变 或者时效处理 的钢 中不 会 出现 。Ｌａｖｅｓ相
为Ｖ，Ｎｂ；Ｘ为Ｃ，Ｎ。ＭＸ相 多分 布于原 奥 氏体 晶 形 成的 同时会消耗基体 中的Ｍｏ和ｗ ，会 降低 Ｍｏ和ｗ
／Ｒ ）］ ２） 法 和建模 得出主要析 出物颗粒尺寸 的演化规 律 。
Ｊ
在 两种 钢 中，ＭＸ碳 化物显示 出相对 于粗 化具有极 高
其中，Ｙ表示表面能 ， 表示析出相的摩尔体积 ， 的稳定 性 ，如 图 １（ｂ）所示 。在Ｐ９１钢 中 ，Ｍ２，ｃ６碳化
Ｄ 表示扩 散元 素相关 系数 ， 表示 析出相相关 元素 物质的量分数 ， 表示析 出相／基体表 面元 素物质 的量分数 ，这些 系数均取 自ＤＩＣＴＲＡ数 据库 ，并 且包 括了化学组成影响 因素 。
界 、板 条界等 位置 。 由于其 析 出尺寸极 为细小 ，因 的 固溶 强化作 用 ，但是 在形成 初期 ，其 颗粒尺 寸较
此可 以通过 阻碍位错 运 动来 实 现其沉淀 强化 效果 ， 小 ，对基体有析出强化作用 。
是具有 较好 的弥散强 化效果 和热 稳定性 的重要 二次
Ｋ．Ｓａｗａｄａ等人 ｕ通过对ＴＡＦ６５０钢（含Ｗ）￣￣ＩＰ９１钢
在不 同钢 中 的粗 化 速率 。经 观 察 可 以按 照公 认 的 相 同条件 下ＴＡＦ６５０钢蠕 变断裂 时间也 因此越 长 ，含
Ｏｓｔｗａｌｄ熟化方程进行计算 ：
ｗ 的Ｌａｖｅｓ相更 有利 于提高 的蠕 变断裂强度（１） 以总结为 ，含有ｗ的 Ｌａｖｅｓ相Ｆｅ２ｗ 和不含ｗ 的Ｌａｖｅｓ
经研究 发现 ，高铬 钢一般 会在长 期高 温蠕变 或 １００００Ｊ］￣时后Ｐ９２钢观察 到 的断裂韧性 降低 的趋势 是
一 ２８ ２０１ ６年第２期
过 程 的重要 原 因。对 于蠕变长 期组织 稳定 性分 析 ， 晶界 、马 氏体板 条束 集界 和马 氏体板 条界 上均 有析 化 学组成对 析 出物颗粒 粗化速 率影 响的研究 必不 可 出。这就使 得Ｐ９ １钢马 氏体板 条界上 没有 Ｌａｖｅｓ相存
少 。粗化 可 以通过 软件 热力学 计算 软件 ＤＩＣＴＲＡ， 在 ，因此不 能有 效延 迟马 氏体板 条和 位错 的 回复 ，
通过界 面能与粒子 的Ｇｉｂｂｓ￣合并建模 ，界面能 作为 在 相 同条 件下 Ｐ９１钢 （不含 ｗ）蠕 变 断 裂 时 间较 短 ；
唯一合适参数 从而建立粗化模 型 。然而 ，ＤＩＣＴＲＡ ＴＡＦ６５０钢 马氏体板条界 上存 在金属间化合 物Ｆｅ ｗ ，
计算会 比较 耗时 ，因此有 更为简单 的方 法可 以表述 可 以使 得马 氏体板 条 和位 错恢 复变 的更 加缓慢 ，在
其 中 ，，表示 在时 间ｆ时析 出物半径 ， 表示 在初始 时 相 是 由于其微观 晶粒分 布不 同而导致Ｆｅ ｗ析 出位 置
￣Ｊｔ＝ｏ时半径。Ｌｉｆ ｌｓｈｉｔｚ￣ｌＳｌｙｏｚｏｖｔＴ］￣Ｗａｇｎｅｒ嘲计算得 产 生差异 ，含有ｗ的Ｌａｖｅｓ相更有 效地阻止 了马 氏体
到 的为双组份合 金系统 的粗 化率 ，由Ｕｍａｎｔｓｅｖ和 板 条 和位错 的恢复 ，这 就使 得含钨 元素 钢相 比而 言
随服役时间增加 ，还是会发生粗化。
蠕变过程 中 ，Ｐ９１钢 的Ｌａｖｅｓ相（Ｆｅ，Ｍｏ）仅 在原奥 氏体
析 出物 在蠕 变 或时 效过 程 中一 般按 照 Ｏｓｔｗａｌｄ 晶界 和马 氏体板 条束集 界上 析 出 ，没 有在 马 氏体 板
熟化 机制粗 化长 大 。颗 粒粗化 是导致 抗蠕变 钢退 化 条界上析 出 ；ＴＡＦ６５０钢 的Ｌａｖｅｓ相 （Ｆｅ２ｗ）在原奥 氏体
金属 间化 合物Ｌａｖｅｓ相
物显示 出较大 的粗化 ，但是在Ｐ９２中相对稳 定 ，这是 由于在Ｐ９ １钢 中的Ｂ元 素有助 于提高碳 化物粗 化稳定 性 ，如 图ｌ（ａ）细线所示 。
这也 可见 温度对Ｐ９２钢Ｌａｖｅｓ相粒 径增 大具 有很 强 的影响 。如 图２，在 ６５０℃ ，Ｌａｖｅｓ相颗 粒大约 比在 ６００℃时大 ６０％。因此能说 明在６２５℃和６５０ ｏＣ超过
强化析出相【５］。所以提高材料蠕变性能 的重要措施是 （不含 Ｗ）的蠕变研 究认 为含ｗ 的Ｌａｖｅｓ相 更有利 于 提
获得较多 的ＭＸ型碳 氮化物沉 淀相 。ＭＸ型碳 氮化物 高 耐热钢高温 蠕变断裂强 度 。ＴＡＦ６５０钢 的化 学组成
相 比在 蠕变过 程 中非 常稳定 ，粗化 速率 缓慢 ，但 伴 主要含Ｆｅｌ０．８８％，Ｃｒ２．５５％，Ｗ２．９％，ＣｏＯ．２２％。在