650℃时效HR3C耐热钢的显微组织与高温拉伸性能

HR3C耐热钢（ASME SA213中的对应牌号为TP310HNbN）是在TP310的基础上添加了Nb和N，利用高温服役过程中析出的MX（CrNbN和Nb（C，N））及M23C6（M=Cr，Fe，Ni）颗粒进行强化的一种新型奥氏体耐热钢。鉴于该材料优良的高温力学性能及耐蒸汽氧化、抗高温腐蚀性能，目前已广泛应用于我国USC机组锅炉烟温较高区域的过热器、再热器管。本项目针对某钢厂生产的HR3C钢管进行650℃直至3000h的高温时效处理，并在650℃下进行高温拉伸试验，模拟研究长期服役状态下HR3C钢组织结构变化及其对高温服役力学性能的影响，探明该时效钢高温拉伸变形与断裂行为，对于开展USC机组中HR3C钢在长期高温服役条件下的运行状态评估具有重要价值。

　　选用某钢厂规格为Φ50mm×11mm的HR3C耐热钢管，其供货态为热轧后1160℃固溶18min，其化学成分见表1。对供货态及650℃时效至3000h的HR3C耐热钢管，采用D/MAX2500VL/PC型X-射线衍射仪（XRD）分析时效前后HR3C耐热钢的物相组成；参考GB/T4338-1995“金属材料高温拉伸试验”要求，在时效300h至3000h的HR3C耐热钢管上沿轴向截取2.5mm×12.5mm×125mm的高温拉伸试样，在CMT5205型微机控制电子万能试验机进行650℃高温拉伸试验，每种状态3个试样，取平均值。对时效态HR3C钢及试样的高温拉伸试样进行研磨、抛光，采用盐酸-硝酸水溶液（HCl∶HNO3∶H2O=1∶1∶1）腐蚀，再采用JSM-6490型扫描电镜（SEM）及Oxford INCA能谱仪（EDS）观察拉伸试样断口形貌及断口两侧组织结构，测试微区成分。

　　表1  HR3C钢的化学成分（质量分数，%）

　　结果表明：高温时效过程中，晶界强化、晶内弥散强化和奥氏体基体脱溶弱化等效应导致时效HR3C钢的高温拉伸力学性能发生明显变化。时效初期（＜500h）HR3C钢高温强度变化不大；时效中期（500～1000h）HR3C钢高温强度大幅提高，但塑性持续降低；时效后期（＞1000h），HR3C钢组织结构渐趋稳定，其强度和塑性变化不大。随时效时间延长，HR3C钢高温拉伸断裂机制由正断向剪切断转变。