王崢，王苗苗，崔正強(qiáng)

(上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上?！?00240)

材料技術(shù)

S30432鋼高溫屈服強(qiáng)度波動(dòng)現(xiàn)象的研究

王崢，王苗苗，崔正強(qiáng)

(上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上海200240)

對(duì)不同廠家的S30432鋼管進(jìn)行了高溫拉伸性能研究，并對(duì)拉斷后試樣的顯微組織進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明:在600～700℃，S30432鋼的屈服強(qiáng)度出現(xiàn)波動(dòng)，高溫抗拉強(qiáng)度隨著溫度的升高呈降低趨勢。微觀組織分析發(fā)現(xiàn)，在700℃拉伸試驗(yàn)時(shí)，S30432鋼中析出了較多彌散分布的強(qiáng)化相，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，是S30432鋼在700℃時(shí)的屈服強(qiáng)度略高于650℃的原因。

S30432鋼;高溫屈服強(qiáng)度;析出相;位錯(cuò)

S30432鋼管是在ASTM S213 TP304H鋼管的基礎(chǔ)上，通過降低Mn含量上限，加入3%左右的Cu、0.45%左右的Nb和一定量的N，使該鋼在服役時(shí)產(chǎn)生微細(xì)彌散、沉淀于奧氏體內(nèi)的富銅相。該富銅相與NbC(N)、NbCrN和M23C6等其他析出物一起產(chǎn)生極佳的強(qiáng)化作用，從而開發(fā)得到的一種綜合性能優(yōu)良的新型18-8奧氏體不銹鋼。目前該鋼已被列入ASME CODE CASE 2328-1標(biāo)準(zhǔn);我國也將該鋼納入GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)，名稱為10Cr18Ni9NbCu3BN［1］。

近年來，我國在S30432鋼管的國產(chǎn)化研制工作上投入巨大，有多家企業(yè)、高校和研究院所都相繼開展了科研攻關(guān)工作，并取得了相當(dāng)不錯(cuò)的成果。上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院在進(jìn)行S30432鋼管系列高溫拉伸試驗(yàn)過程中，多次發(fā)現(xiàn)700℃時(shí)的屈服強(qiáng)度略高于650℃的現(xiàn)象，筆者試圖采用OM、SEM、TEM等對(duì)拉斷后試樣的顯微組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行解釋。

1　高溫拉伸性能

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用的S30432鋼管分別為進(jìn)口管、國內(nèi)1號(hào)廠家a鋼管、國內(nèi)1號(hào)廠家b鋼管(a、b為國內(nèi)1號(hào)廠家不同批號(hào)材料)以及國內(nèi)2號(hào)廠家鋼管。

1.2高溫拉伸試驗(yàn)

高溫拉伸試驗(yàn)按照GB/T 4338—2006《金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。沿S30432鋼管的縱向取圓柱形或瓦片狀試樣，在SHT5106電液伺服萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，將爐溫控制在設(shè)定溫度的±3 K。表1為各批號(hào)S30432鋼管600～700℃的高溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果。從表1可以看出，700℃下的屈服強(qiáng)度略高于650℃，而抗拉強(qiáng)度則呈下降趨勢。

表1　各批號(hào)S30432鋼管的高溫拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)MPa

1.3不同試驗(yàn)加載速率對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

為探究不同試驗(yàn)加載速率對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，對(duì)國內(nèi)1號(hào)廠家a鋼管進(jìn)行了不同試驗(yàn)加載速率的高溫拉伸試驗(yàn)。速率1:在整個(gè)彈性范圍內(nèi)，試樣應(yīng)力速率保持在10 MPa/s，測定抗拉強(qiáng)度時(shí)，采用位移速率為2.5 mm/min進(jìn)行試驗(yàn)。速率2:在整個(gè)彈性范圍內(nèi)，試樣應(yīng)力速率保持在30 MPa/s，測定抗拉強(qiáng)度時(shí)，采用位移速率為7.5 mm/min進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2　a鋼管高溫拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2可知:改變試驗(yàn)加載速率后，700℃的屈服強(qiáng)度仍然略高于650℃，抗拉強(qiáng)度則還是低于650℃。圖1為國內(nèi)1號(hào)廠家a鋼管在不同溫度下試驗(yàn)力-位移曲線圖。

不同試驗(yàn)速率下，圖形沒有太大的差別?？紤]到不同試驗(yàn)機(jī)所用軟件不同的影響，在不同試驗(yàn)機(jī)上做試驗(yàn)，出現(xiàn)結(jié)果相同。由圖1可以看出:S30432鋼在600℃和650℃的拉伸曲線在屈服點(diǎn)過后都出現(xiàn)了鋸齒狀，至700℃，此現(xiàn)象消失。有研究認(rèn)為:鋸齒是高溫變形中的加工硬化引起的［2］。

2　顯微組織結(jié)構(gòu)分析

高溫拉伸試驗(yàn)后的顯微組織結(jié)構(gòu)分析試樣取自距離斷口5～10 mm處(非頸縮處)。

通過OM和SEM對(duì)國內(nèi)1號(hào)廠家a鋼管高溫拉伸試驗(yàn)(試驗(yàn)加載速率為速率1)后的試樣進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn):S30432鋼管試驗(yàn)后的金相組織為原奧氏體組織+滑移帶/孿晶+彌散相。由于高溫下受到應(yīng)力的影響，奧氏體晶界之間有相對(duì)較小的滑動(dòng)，產(chǎn)生了被拉開的跡象。隨著試驗(yàn)溫度的升高，試樣組織中析出物的數(shù)量不斷增加;700℃拉伸試樣的晶界已經(jīng)有較多析出相(見圖2)。

TEM明場像觀察結(jié)果表明:S30432鋼在600～700℃下拉伸斷裂后，在奧氏體晶內(nèi)產(chǎn)生大量的滑移帶/孿晶，這些滑移帶/孿晶一般都沒有貫穿整個(gè)晶粒;不同狀態(tài)斷裂樣品晶界和晶內(nèi)都有大量的位錯(cuò)，并且在奧氏體晶界都有位錯(cuò)塞積的現(xiàn)象，晶內(nèi)有細(xì)小析出相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象; 700℃試樣與600℃的相比，600℃斷裂樣品中的位錯(cuò)雖有彎曲現(xiàn)象，但大部分位錯(cuò)較平直;700℃斷裂樣品中大部分位錯(cuò)較彎曲，部分位錯(cuò)甚至出現(xiàn)打圈的現(xiàn)象(見圖3)。顯微組織中的析出相主要為Cr23C6和少量的NbC(N)。Cr23C6主要沿奧氏體晶界分布，NbC(N)則主要分布在奧氏體晶內(nèi)。

3　分析討論

S30432鋼管在高溫拉伸后，晶界和晶內(nèi)都有大量的位錯(cuò)，并且在奧氏體晶界有位錯(cuò)塞積的現(xiàn)象，晶內(nèi)有細(xì)小析出相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象; 600℃斷裂樣品中位錯(cuò)雖有彎曲的現(xiàn)象，但大部分位錯(cuò)較直，這可能是由于析出相太過細(xì)小，釘扎位錯(cuò)效果不是十分明顯。而700℃斷裂樣品中大部分位錯(cuò)較彎曲，有些甚至出現(xiàn)了打圈現(xiàn)象，這表明在700℃時(shí)，晶內(nèi)析出相釘扎位錯(cuò)效果強(qiáng)烈。正是由于晶內(nèi)析出相釘扎位錯(cuò)的效應(yīng)增加，以致出現(xiàn)700℃下S30432鋼屈服強(qiáng)度略高于650℃時(shí)的現(xiàn)象。超過屈服點(diǎn)后，晶間變形開始逐步顯現(xiàn)，晶內(nèi)析出相強(qiáng)化機(jī)制逐漸趨弱，隨著高溫拉伸試驗(yàn)溫度的上升，S30432鋼的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢。

4　結(jié)語

通過對(duì)不同廠家和批次試樣的高溫拉伸性能和試樣的顯微組織結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)S30432鋼700℃進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，晶內(nèi)析出相略多，析出相釘扎位錯(cuò)效果強(qiáng)烈，導(dǎo)致S30432鋼700℃時(shí)的屈服強(qiáng)度略高于650℃，高溫屈服強(qiáng)度產(chǎn)生了波動(dòng)。

［1］楊華春.日本S30432奧氏體不銹鋼鍋爐管評(píng)價(jià)［J］.東方鍋爐，2003(2):13-24.

［2］張冬宇.軋制過程中鋼的奧氏體變形與再結(jié)晶［J］.金屬世界，2007，9(3):39-42.

Study on High-temperature Yield Strength Fluctuation of the S30432 Steel

Wang Zheng，Wang Miaomiao，Cui Zhengqiang
(Shanghai Power Equipment Research Institute，Shanghai 200240，China)

High-temperature tensile tests were conducted toS30432steel tubes made bydifferent manufacturers，while the microstructures of corresponding tensile fracture surfaces were analyzed.Results show that the yield strength of S30432 steel fluctuates in the temperature range of 600-700℃，and its high-temperature tensile strength increases with the rise of temperature.Through microstructure analysis，the reason why the yield strength of S30432 steel at 700℃is slightly higher than at 650℃is found to be caused by much dispersion strengthening phases precipitated at 700℃，which inhibit the movement of dislocations.

S30432 steel;high-temperature yield strength;precipitated phase;dislocation

TG142.71

A

1671-086X(2016)01-0028-03

2015-04-22

王崢(1982—)，女，工程師，主要從事材料及試驗(yàn)技術(shù)研究。

E-mail:wangzheng@speri.com.cn