P92耐热钢_铁素体内的析出相

Precipitated phase in δferrite of P92 heatresistant steel
SHI Ru-xing ， LIU Zheng-dong （ Institute for Structural Materials ，Central Iron and Steel Research Institute ，Beijing 100081 ，China ）
表1 Table 1
C 0. 100 W 1. 80
析出位置多集中在马氏体基体上， 通常认为回火态时 M 23 C 6 、 Laves 相 在 高 温 蠕 变 过 程 中 析 出； 存在 MX 、 M 23 C 6 与 Laves 相 分 布 在 原 奥 氏 体 晶 界 与 亚 晶 界 上， 而 MX 相在亚晶内析出， 对于 δ -铁素体内的析出相的 研究未见报道 。 本文 采 用 了 一 种 δ -铁 素 体 含 量 约 为 1% 的 P92 商业用钢， 研 究 了 长 时 时 效 过 程 中 δ -铁 素 体晶粒内部相析出行为 。
第 32 卷 2011 年
第 11 期 11 月
材
料
热
处
理
学
报
Vol ． 3 2 November
No ． 1 1 2011
TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT
P92 耐热钢 δ铁素体内的析出相
石如星 ， 刘正东
（ 钢铁研究总院结构材料研究所，北京
［17］
2
2. 1
试验结果与分析
化学相分析 回火态及时效态的试样萃取出析出相粉末， 进行
X 射线衍射分 析， 结 果 显 示， 回 火 态 与 100 h 时 效 态 见图 1 试样中只含 有 两 种 析 出 相： M 23 C 6 与 MX 相， （ a） ， MX 相中以 NbN 、 VN 为 主 。 时 效 300 h 的 其中， X 射线衍射分析结果如图 1 （ b ） 所示， 有 Laves 相衍射 300 ～ 8000 h 范 围 内， 峰出现， 随 着 时 效 时 间 的 延 长， MX 与 Laves 析出相 的 种 类 不 再 变 化， 均 包 含 M 23 C 6 、 相， 但 Laves 相的 衍 射 峰 更 为 明 显， 时 效 8000 h 的 X 射线如图 1 （ c ） 所示 。 2. 2 δ铁素体内析出相 工业生产 实 践 表 明， 相对于小口径薄壁锅炉管 T92 ， P92 钢管 组 织 中 更 易 生 成 δ -铁 素 体， 且较难避 尽 管 两 者 在 ASME 标 准 中 的 化 学 成 分 相 同， 这可 免， 能与 P92 钢 管 铸 坯 的 成 分 偏 析 及 加 工 变 形 量 不 足
201012 07 ；
修订日期 ：
+ HCl （ 15% ） + H 2 O （ 80% ） 混 合 液 侵 蚀 时 效 后 磨 抛 4300 冷 场 发 射 高 分 过的试样约 15 s 后， 在 Hitachi S辨扫描电镜 （ SEM ） 下 观 察 组 织 。 TEM 试 样 制 备 时， 从时效后的试样上切取 约 0. 5 mm 厚 的 薄 片， 机械减 薄至 30 μ m 左右， 在室 温 下 进 行 双 喷 电 解 减 薄， 电解 液为 6% 高 氯 酸 与 酒 精 的 混 合 溶 液， 电 压 30 V ， 电流
摘
100081 ）
要： 用透射电镜 、 扫描电镜和 X 射线能谱仪对 P92 钢在不同时效状态下 δ -铁素体内的析出相 进 行 了 分 析， 结 果 表 明， δ -铁 素
Laves 相 平 均 等 效 直 径 在 600 ℃ 下 随 时 体内包含两种析出相， 分别为 VN 与 Laves 相 。 VN 呈短棒状， 尺寸 20 ～ 70 nm ， 较 为 稳 定， 间的增加则有较大改变 。 此外， 研究表明 P92 钢中的 Laves 相不但在晶界与亚晶界上析出， 也在 δ -铁素体晶内析出 。 关键词： P92 耐热钢； δ 铁素体； Laves 相 6264 （ 2011 ） 11006404 文章编号： 1009中图分类号： TG 142. 73 文献标志码： A
报 道， 认 为 Laves 相 只 在 原 奥 氏 体 晶
［4］
界及亚晶界 上 析 出 。 Dimmler 等 大； Sawada 等
［7］
P92 钢 中 的 指 出，
Laves 相主要在富 Cr 析 出 相 （ 例 如， M 23 C 6 ） 上 形 核 长 认为马氏体板条界面是 Laves 相最易
XRD spectra of extraction powder of precipitates in steel
图2 Fig． 2
试验钢 600 ℃ 下时效 8000 h 后的 SEM 照片和析出相的能谱分析
（ a ） δ -铁素体形貌； （ b ） δ -铁素体内部放大图； （ c ） 图 2 （ b ） 中标定位置的 EDS 分析 SEM micrographgs and EDS ansysis of experimental steel after aging at 600 ℃ for 8000 h （ a ） δ -Fe ； （ b ） high maginification view of δ -Fe ； （ c ） EDS spectrum of white precipitates in δ -Fe
超超 临 界 火 电 机 组 能 有 效 提 高 热 效 率 、 减少排 放 。 P92 钢是 在 P91 钢 的 基 础 上 发 展 而 来， 是超临 界、 超超临界火电 机 组 锅 炉 集 箱 、 蒸汽管道等大口径 厚壁管 件 首 选 用 钢 之 一 。 P92 钢 中 含 有 较 多 的 Cr 、 V、 W、 Mo 、 Nb 等铁素体形 成 元 素， 使其相图较为复杂 P92 钢中 δ -铁素体含量 且组织内容易生成 δ -铁素体， 对性能的影响规律及 其 含 量 的 控 制 技 术 均 为 P92 钢 管国产化过程中面临的亟待解决的关键问题 。 目前，
Abstract ： Precipitated phase in δ -Fe of P92 steel after aging at 600 ℃ was analyzed by transmission electron microscopy （ TEM ） ， scanning electron microscopy （ SEM ） and energy-dispersive spectrometer （ EDS ） ． Experimental results show that VN and Laves phases are precipitated in δ -Fe region． The size of rod-shaped VN keeps stable after aging for 8000 h ，and the average size of Laves phase is significantly changed． Furthermore ，Laves phase precipitates not only along prior austenite grain boundaries and substructure boundaries ，but also inside of grains． Key words ： P92 heat resistant steel ； δ -ferrite ； Laves ；
国 家 科 技 支 撑 计 划 资 助 项 目 （ 2007 BAE51 B02 ） ； 国 家 石如星（ 1980 — ） ， 男， 博 士 研 究 生， 从事火力发电机组用 62185458 ， E-mail ： liu _ zhengdong @ 刘 正 东， 电 话： 010-
“973 ” 2010 CB630800 ） 计划资助项目（ 2010 CB600804 ， E-mail ： shiruxing@ 126 ． com 。 耐热钢的研究工作，
时 效 处 理 制 度 为： 600 ℃ 下 保 温 时 间 分 别 为： 0 、 100 、 300 、 1000 、 3000 、 5000 和 8000 h 。 用 FeCl 3 （ 5% ）
201103 10
收稿日期 ： 基 金 项 目： 作者简介 ： 通讯 作 者 ： 263． net 。
［4］ 其观 点 与 Dimmler 的 研 究 结 果 基 本 一 形核的位置，
致， 由于晶界与亚晶界上畸变能高， 使形核功降低， 满 足 M 23 C 6 形核的热力学条件， 故 M 23 C 6 相优先 沿原奥 氏体晶界与马氏体板条界析出， 在随后高温蠕变过程
图1 Fig． 1
试验钢萃取析出相粉末的 XRD 图谱 （ a ） 100 h ； （ b ） 300 h ； （ c ） 8000 h
%） 实验钢的化学成分（ 质量分数，
Composition of tested steel （ mass fraction ， %）
Si 0. 24 Mo 0. 42 Mn 0. 41 Nb 0. 078 P 0. 014 V 0. 20 S 0. 003 B 0. 0043 Cr 8. 86 N 0. 044 Ni 0. 09 Fe Bal．
（ 没有降低 成 分 偏 析 ） 有 关， 导致钢中局部小范围内 从 而 形 成 δ -铁 素 体 （ 见 铁素体稳定化元素含量 过 高， 图 2a ） 。 在 600 ℃ 下， 经 长 时 时 效 后， δ -铁 素 体 内 部 存在两种不同形貌 的 析 出 相， 一 种 为 450 nm 左 右 大 小的白色大颗粒析出相， 另一种为长度 20 ～ 70 nm 的 如 图 2 （ b ） 所 示 。 对 δ -铁 素 体 细小的短棒状析出相， 内部白色大颗粒 析 出 相 进 行 了 能 谱 分 析， 结 果 显 示， 尽管该类析 出 相 形 貌 略 有 差 别， 但能谱分析结果相 W、 Cr 、 Mo 等元素（ 见图 2c ） 。 同， 均含有较多 Fe 、 δ -铁素体内白色大颗粒 析 出 相 对 应 的 TEM 明 场 3 （ b） 和 3 （ d） ， 像、 暗场像及其衍射花样见图 3 （ a ） 、 标 Laves 相为金属键化合 定结果确定该析出相为 Laves ， P92 中的 Laves 相的结构式为 （ Fe ， Cr ） 2 （ Mo ， W） ， 物， 与图 2 中 SEM 中 EDS 能谱分析结果相吻合 。 对于 T / P92 钢中 Laves 相的析出位置 的 研 究， 已 有大量文献