高氮高铬铁素体耐热钢的开发

合 金作 为 Ａ—ＵＳＣ发 电厂 的锅炉材 料１７１。同时 ，如 Ｎ含 量大 约为 ０．１％。因此 ，当在大气 压条件 下熔
上 所述 ，具有优 良物 理性 能 的铁 素体 耐热 钢适 用 炼 时 ，即使 向熔融 钢 中加 入大量 的 Ｎ，Ｎ也会 在
于火力 发电锅 炉 的结 构材 料 ，人们 正 在努 力提 高 钢 的凝 固过 程 中成 为气体 跑 掉 。为 了抑 制 Ｎ 的
铁 素体耐 热钢 的高温强 度和抗 氧化性 能 。为 了满 气化 ，成 功地 将大 量 的 Ｎ加 入 到铁 素体 相 中 ，有
足 ７０ｏ ｃＩ：以上 高温 的 Ａ—ＵＳＣ发 电厂 的需 要 ．人 们开 发 了铁 素体 耐热钢 ，这种 钢具 有铁 素体 微观 组织 ，而不 是板条 状马 氏体组织 。具有优 良蠕变
本 文 中 ，所有 添 加 的元素 量都 以质 量 百分 数为 单 的 。本 文 中的 晶界 ，除 了另 有注 明外 ，是 指所 有这
位 。而且 ，Ｃｒ是 Ｍ笛Ｃ６碳化 物 中的主 要元 素 ，对 稳 些 晶界 。然 而 ，对 于蒸 汽发 电厂结 构材 料而 言 ，材
定 高温 状态 下钢 的组织 具有 重实 际材 料 采 用 的是 马 氏
作 者 简 介 ：高 长 ￣ （１９６４，－－），男 ，钢 铁 冶 金 研 究 员 ，从 事钢 铁 冶金 技 术工 作 。 － ５３ ·
水铜 科 技 ＳＨＵＩＧＡＮＧ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
第 １４５期
体微 观组织［６１。
相 。
近 来 ，超 临界 压力 （Ａ—ＵＳＣ）蒸 汽锅 炉发 电厂
２０１８年 第 ３期
高 氦 高 铬 铁 素体 耐热 钢 的 开 发
《日本钢铁协 会｝Ｖｏ１．５８（２０１８），Ｎｏ．６，Ｐ１ １４６—１ １５４
高氮 高铬铁素体 耐热钢 的开发
Ｓｈｉｇｅｔｏ ＹＡＭＡＳＡＫＩ，Ｍ ａｓａｔｏｓｈｉ ＭＩＴＳＵＨＡＲＡ，Ｈｉｄｅｈａｒｕ ＮＡＫＡＳＨＩＭＡ （日本 九 州大 学 电 子及 材 料 工 程 学 院 ）
胀 系数 和 优 良的导 热性 ，这 就使 得它 适用 于热 电 蠕 变强 度特 别重要 聊。回火板 条状 马氏体 是高 Ｃｒ
厂 的高温 部件 ，因为这 些高 温部 件要 经受 反 复 的 铁 素体 耐热 钢 中典 型 的微观 组织 。马 氏体 板条是
冷 热循 环 。热 电厂 的效率 可通 过提 高蒸 汽温度 来 马 氏体 组织 中的最小 结构 单元 ，是 钢 的蠕 变强化
改善 。为 了满 足超 高温 强度 和抗 氧 化 的要求 ，人 的 主要 原 因嗍 ，析 出物 对 强 度具 有 直 接 贡 献 ，因
们 一 直 在研 究 改 善 铁 素体 耐 热 钢 的 化学 成 分 和 为 在 蠕变 过 程 中 ，析 出物 阻碍 位 错移 动 ，并且 能
微 观组 织【１】。ＡＳＭＥ（美 国机械 工程师 协会 ）标 准 中 维 持细 条状 组织 。根 据蠕 变强 度 的基本 理 论 ，具
１ 前 言
碳 氮 化 物也 是重 要 的析 出物 ，它能 够 提高 ９２ 钢
高铬 铁 素 体 耐 热 钢是 用 于 热 电 厂 的高 温 结 的高 温 强 度 。 在高 温 条 件 下 ＭＸ型 碳 氮 化 物 比
构 材料 。由于体心 立方 铁素 体相具 有较 低 的热膨 Ｍ Ｃ 型碳 化物更 稳 定 ，它对 于保 持材 料 的长期
的 Ｐ厂Ｉ＇９２钢 （９ 钢 ）是 最 高 强 度 的 铁 素 体 耐 热 有 大角 度 晶界 （例如 ，原 始奥 氏体 晶界 ，包边 界 和
钢 ．能 够 在 ６２０ ｏＣ条 件下 使用圆。９２＃钢 的关 键 特 块 边界 ）和 小角度 晶 界 （例 如 ，板条 晶界 和亚 晶粒
征 是含 有 ９％的 Ｃｒ，以改 善钢 的抗 氧化 能力 ，在 晶界 ）的马 氏 体 微观 组 织 对 于蠕 变 强 度 是 不利
如 上所 述 ，虽然 在 铁 素体 耐 热 钢 中加 入 Ｎ
正在将 蒸汽 的温 度提 高到 ７００ ｏＣｔ：］。 由于还 没有 能够 改善 材 料 的性能 ，但 是 ，由于 向铁素 体 中加
能够 抵 挡 ７００ ｏＣ条 件下 长期 使 用 的铁 素体 耐 热 Ｎ存 在 困难 ，从 而 限制 了 目前 的加 Ｎ研 究 。对 于 钢 ，所 以人们 考虑 使用 Ｆｅ—Ｎｉ基 合金 和镍 基 耐热 Ｆｅ—Ｎ二元 系来说 ，能 够溶 解在 铁素体 中的最高
译者 ：高长 益 叶雅妮 张 东升 吴 学林 刘 立德
（首 钢 水 钢 制造 管理 部 贵 州六 盘 水 ５５３０２８）
摘 要 ：我 们 研 制 了新 一 代 高 氮铁 素 体 耐 热 钢 ，评估 了这 些 钢 在 高 温 下 的微 观 组 织 和 力 学性 能 。 在 ４．０ ＭＰａ气 压 下 ，应 用加 压 熔 炼方 法 ，在 没 有 气 孔 形 成 的 条件 下 ，将 ０．３％的 Ｎ成 功 地 加 入 到铁 素体 钢 中。在 高 氮铁 素 体 耐 热 钢 的 板 条 马 氏体 结 构 中存 在 几种 氮化 物 。富 氮 粗 大 的颗 粒 经 分 析鉴 定是 结 晶 的 ＭＮ。根 据 Ｖ 含 量 ，细小 的 ＶＮ或 Ｃｒ 颗 粒在 马 氏体 晶界 （如 原 始 奥 氏体 晶界 、晶 包边 界 、晶 团边 界和 板 条 边 界 ）上 析 出 来。 高氮 钢 的 马 氏 体组 织 舍 有 多级 微 观 结 构 ，这 些微 观 结 构 包括 马 氏 体板 条 、团、包和 原 始 奥 氏 体 晶 粒 。这 些马 氏 体 结 构 象传 统 碳 素 钢 一 样 ，遵 循 Ｋｕｒｄｊｕｍｏｖ—Ｓａｃｈｓ关 系。试 验 钢 的蠕 变 强度 ，虽 然 比 ９２＃钢 低 ，但 可 以与 ９１ 钢 比 美 。为 了进 一 步提 高钢 的 强度 ，除 了氮 化 物之 外 ，还 需要 其 它析 出物 。 关 键 词 ：铁 素 体耐 热 钢 ；高 氮 ；加 压 熔 炼方 法 ；蠕 变 ；微 观 组 织 。