《表1 典型奥氏体耐热钢的化学组成、使用温度和主要用途》

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《典型奥氏体耐热钢的析出行为研究》

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钢的质量和性能是根据对钢的需求来决定的，不同的需求，所添加的合金元素含量均不相同。表2列出了典型的奥氏体耐热钢的合金元素含量，这些耐热钢同属铬镍系奥氏体钢，Ni、Mn、C、N等奥氏体稳定化元素的添加扩大了奥氏体相区。可看到，NF709与S25的Ni含量较高，HR3C钢和S25钢含有的Cr元素较高。在NF709钢中，加入了较高的Cr、Ni元素，抑制了金属间化合物的形成，同时也提高了钢的抗蒸汽氧化和耐高温腐蚀性能。除此之外，还加入了C、Si、N、B等合金元素，这些元素的存在使得NF709在730℃下运行十万小时的持久强度仍高达69MPa，能满足超超临界锅炉过热管和再热管的严苛要求，成为备选材料。TP347H为双相不锈钢，其基体组织皆有奥氏体与铁素体的特点。与其他四种奥氏体不锈钢相比，TP347H所含有的Nb元素最多，高达0.70wt%。Nb可用作稳定剂，减轻晶界腐蚀，控制脆性σ相析出，与C、N元素结合，在基体中以Z相、MX相的形式存在，达到强化基体的作用。Super304H是在TP347H的基础上，将Mn含量从1.18wt%降低到0.37wt%，加入约3wt%Cu、0.57wt%Nb和0.04 wt%N等元素，通过形成细小弥散的富铜相以及MX、M23C6、Z相等强化奥氏体基体，从而达到较高的屈服强度、抗拉强度和许用应力；并且具有较高的持久强度，良好的焊接性能，能满足苛刻的服役环境。HR3C钢所含有的Cr元素最多，其次是S25。在HR3C奥氏体不锈钢中，高含量的Cr元素使得σ相的析出趋势明显，因此要加入足够的Ni元素来稳定奥氏体组织以及抑制σ相的析出。在HR3C长期服役的过程中，Cr元素向基体表面扩散，与氧结合形成氧化层，可保护材料基体不被氧化，因此HR3C钢的抗氧化性最好，适合超超临界环境恶劣的过热器和再热器部件。而S25钢在高Cr高Ni的基础上，加入W、Co、C、N等合金元素，形成M23C6相、MX相、Z相和富铜相等多种析出相，利用复合强化作用来强化基体。与其他四种奥氏体不锈钢相比，S25为抑制高Cr和高W而导致σ相的产生，加入了约25%的Ni含量。同时S25钢的600～700℃持久强度比HR3C钢高45%以上，抗氧化性也优于Super304H，相比之下，这样的综合优势更适合超超临界锅炉的过热器管和再热器管[11]。