硅對(duì)鐵素體耐熱不銹鋼韌脆轉(zhuǎn)變行為的影響
張英波1,2，鄒德寧1，李雨濃1，王勇2，徐冉2，王帆1
(1. 西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)院， 陜西 西安 710055；2. 陜西省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院， 陜西 西安 710048)
摘要：鐵素體耐熱不銹鋼18Cr-Al-Si具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能及良好的耐高溫氣體腐蝕性能，同時(shí)復(fù)合添加鋁和硅元素又確保了其具有優(yōu)異的抗高溫氧化性，該鋼是應(yīng)用于超(超)臨界電站鍋爐連接件的一種新型耐熱鋼材料。以往，對(duì)于連接件材料的加工主要采用傳統(tǒng)的水切割加工成型方法，但生產(chǎn)效率較低且成本較高；采用室溫沖壓加工成型的方法時(shí)，由于該類鐵素體耐熱不銹鋼板脆性較大，容易在鋼板厚度中心處產(chǎn)生裂紋；而采用帶溫沖壓加工(即在韌性溫度區(qū)間加工)時(shí)，則可避免鋼板中心開裂的問題。為了提高連接件材料的生產(chǎn)效率，需要優(yōu)化和確定該鋼帶溫加工工藝參數(shù)。采用系列溫度夏比沖擊試驗(yàn)方法并借助掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)及能譜儀(EDS)，研究了硅含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%~0.9%)對(duì)18Cr-Al-Si鋼韌脆轉(zhuǎn)變行為的影響。結(jié)果表明，隨著硅含量的增加，各試驗(yàn)溫度下的沖擊吸收功逐漸降低、韌脆轉(zhuǎn)變溫度(DBTT)升高、微觀斷口中解理面數(shù)量增多、韌窩面積逐漸減少。硅元素對(duì)退火后的18Cr-Al-Si鋼微觀組織及析出物影響較大，隨著硅含量的增加，鋼中鐵素體晶粒尺寸逐漸增加，M23C6碳化物由小尺寸的條狀或塊狀逐漸變?yōu)殚L(zhǎng)條狀或大塊狀；較大的鐵素體晶粒尺寸以及長(zhǎng)條狀或大塊狀M23C6碳化物的析出是惡化該鋼沖擊韌性的主要因素。
關(guān)鍵詞：18Cr-Al-Si鋼；硅含量；韌脆轉(zhuǎn)變溫度；M23C6碳化物；鐵素體；耐熱鋼
1 引言
鐵素體耐熱不銹鋼18Cr-Al-Si是歐洲開發(fā)的一類新型鋼種，鋼中較高的鉻含量以及添加的鋁和硅元素可在高溫下形成致密的鉻-鋁-硅復(fù)合氧化膜，可大幅提高該鋼的抗高溫氧化性。目前，該鋼主要作為爐膛內(nèi)部承載和支撐數(shù)百噸過熱器和再熱器管的連接件材料應(yīng)用于超(超)臨界鍋爐中。以往，對(duì)于連接件材料的加工主要采用傳統(tǒng)的水切割加工成型方法，但生產(chǎn)效率較低且成本較高；采用室溫沖壓加工成型的方法時(shí)，由于該類鐵素體耐熱不銹鋼板脆性較大，容易在鋼板厚度中心處產(chǎn)生裂紋；而采用帶溫沖壓加工(即在韌性溫度區(qū)間加工)時(shí)，則可避免鋼板中心開裂的問題。
此外，由于鋼中添加的硅元素為鐵素體形成元素，其含量超過一定范圍時(shí)會(huì)影響韌脆轉(zhuǎn)變溫度，不利于沖壓加工成型，同時(shí)為保證鋼的抗高溫氧化性，需綜合考慮鋼中硅元素的內(nèi)控范圍。因此，研究硅對(duì)該鋼韌脆轉(zhuǎn)變行為的影響，不僅可為該鋼帶溫沖壓加工工藝提供參考，提高鍋爐連接件的生產(chǎn)效率，同時(shí)可為該鋼成分優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。本文以鐵素體耐熱不銹鋼18Cr-Al-Si為基礎(chǔ)成分，通過調(diào)控鋼中的硅含量得到試驗(yàn)所需材料。采用系列溫度夏比沖擊試驗(yàn)的方法并借助掃描電子顯微鏡及裝配的能譜儀(SEM-EDS)和透射電子顯微鏡(TEM)等表征手段，探究硅含量對(duì)該鋼韌脆轉(zhuǎn)變行為的影響，進(jìn)而闡明硅元素對(duì)韌脆轉(zhuǎn)變行為的作用機(jī)制。
2 精選圖表
3 結(jié)論
(1)隨著18Cr-Al-Si耐熱鋼中硅含量的增加，試驗(yàn)鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度逐漸升高。0Si試驗(yàn)鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度為60.2 ℃，而0.9Si試驗(yàn)鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度已經(jīng)升至75.3 ℃。
(2)各硅含量試驗(yàn)鋼沖擊斷口的斷裂方式為韌脆混合型斷裂，且隨著硅含量的增加，微觀斷口中解理面面積占比逐漸增加、韌窩所占面積逐漸減少。0Si試驗(yàn)鋼在20和90 ℃時(shí)斷口中韌窩占比分別為53.3%和81.7%，而在0.9Si試驗(yàn)鋼中韌窩占比分別為23.5%和67.7%。
(3)隨著硅含量的增加，18Cr-Al-Si耐熱鋼中鐵素體晶粒尺寸逐漸增加，M23C6碳化物由小尺寸的條狀或塊狀逐漸變?yōu)殚L(zhǎng)條狀或大塊狀。較大的鐵素體晶粒尺寸以及長(zhǎng)條狀或大塊狀M23C6碳化物的析出是惡化該鋼沖擊韌性的主要因素。
