高氮马氏体铁素体耐热钢的制备及相变研究

高氮马氏体/铁素体耐热钢的制备及相变研究随着能源短缺与环境污染问题日益加剧,具有高效节能的超超临界绿色发电技术成为当前燃煤发电机组的首选,相应地,机组用耐热材料的优劣成为实现这一技术的重要支撑。具有高强度,高导热性和低膨胀系数的9Cr马氏体/铁素体钢是目前超超临界汽轮机用缸体和转子的理想钢种。

由于高氮钢中的N元素与可以与其他的合金元素相互作用,使其具有优良的强度和耐腐蚀性能。结合马氏体/铁素体耐热钢和高氮钢的优点,设计一种新型的高氮马氏体/铁素体耐热钢,利用氮化物的强化进一步提高9Cr马氏体/铁素体铸钢材料的强度和耐蚀性指标,具有重要的理论意义和实用价值。

基于Thermo-Clac模拟计算,本文设计出含0.2-0.3N%的9Cr马氏体/铁素体钢。采用两种不同的制备工艺制备了两种新型的高氮马氏体/铁素体耐热钢:实验钢A（加压真空感应冶炼法）和实验钢B（加压真空感应+电渣重熔法）。

两种实验钢的成分测定及组织分析结果表明:实验钢A的N含量为0.2%,实验钢B的N含量为0.15%。二者的铸态组织均由马氏体（M）和铁素体（δ-铁素体）两相组成。

与实验钢A相比,实验钢B中的铁素体含量较多,且其组织分布极其不均,这与电渣重熔过程无压力保护有关。采用控制均质化温度与冷却速率两种方式对其铁素体的成因进行了详细研究,结果表明:实验钢A中的铁素体含量随着均质化温度的升高,先减少后增多,在1150℃-10h-空冷的均质化处理后,铁素体含量最少;实验钢B中的铁素体含量随着均质化温度的升高而增加,在1070℃-10h-空冷的均质化处理后,铁素体含量最少。

铁素体含量随着冷却速率的增加而减少,但当冷却速率超过500℃/min时,

冷速对铁素体含量的影响微甚。结合热膨胀测量实验结果确定了实验钢A的正火温度（1070¹200℃）和回火温度（730⁷80℃）。

TEM观察结果表明,经过回火后中发现材料中存在大量位错线、位错网,组织为回火马氏体和铁素体,其中有较多的（V,Nb）N相沿马氏体板条界析出,有大量的M₆C（Fe₃W₃C）、Laves相和

Cr₂N等在铁素体基体上析出。无疑这些相的存在能够钉扎位错,阻碍位错的运动,对材料的高温性能提供组织保证。

不同温度回火的相析出的探讨,将为揭示高氮马氏体/铁素体耐热钢的相析出动力学和相变机理研究提供理论和实践基础。