新设计的马氏体耐热钢的组织稳定性

随着超超临界机组服役温度的提高和更为苛刻的腐蚀环境，不断推陈出新，开发新的耐高温钢成为迫切的要求。目前，P92钢是一种成熟的经济型钢种，在国内的超超临界火电机组中得到了广泛的应用。在长时时效过程中，耐热钢的沉淀强化效果主要由沉淀强化型的尺寸与分布来决定，高温下沉淀强化效果的衰弱是由沉淀强化相的粗化而引起的。碳氮化物MX相的尺寸通常为5～25mm左右，由于其具有较低的粗化速率、较高的高温热稳定性而被广泛用作耐热钢的重要的长时强化相。

本课题以一种新设计的由MX相（Ti，Nb）（C，N）强化的马氏体耐热钢MPHI钢为研究对象，重点研究了在650℃下时效过程中，MPHI钢的力学性能与组织稳定性之间的相互关系，旨在为设计服役更高温度的材料提供一定的参考依据。

试验用MPHI钢采用25kg容量真空感应炉进行冶炼，浇铸后得到铸锭。1200℃下均匀化处理2h后，在保证终轧温度不低于900℃的条件下，经过7个道次的轧制，将该钢轧制成厚度为7mm的薄板，其化学成分为（质量分数，%）：C0.061，Cr10.65，Ni3.05，Ti0.15，Al0.34，Co4.78，Nb0.30，N0.019，Fe余量。

为了在室温下能获得最大量的马氏体，减少基体内存在的有害相，需要对材料进行适当的固溶热处理，而后进行时效处理。热处理的工艺方案为：MPHI钢、对比用钢P92分别在1200、1050℃下固溶处理2h，然后在650℃下进行时效。采用冲击、拉伸试验、X射线衍射分析和显微组织观察，研究在650℃下时效过程中新设计的MPHI钢的力学性能与组织稳定性的相互关系。结果表明：

（1）新设计的MPHI钢具有全马氏体组织，且在650℃下时效过程中，具有稳定的高温力学性能。

（2）MPHI钢650℃高温时效1000h后，基体组织仍保持板条马氏体形貌，但随着时效时间的延长，马氏体宽度增加，且有亚晶出现。

（3）时效过程中，析出相M23C6呈颗粒状或棒状分布，优先在晶界和板条界处析出并长大；分布在晶内的MX相是稳定相，粗化速率极低，在时效过程中没有发生明显的变化。

（4）与P92钢对比，在相同的热处理制度下，虽然MPHI钢的初始硬度较低，但是在整个时效过程中其硬度的衰变速率要小；在时效600h后，MPHI钢的硬度值将超过P92钢。在整个时效过程中，MPHI钢和P92钢具有类似的析出强化相，但是初始阶段P92钢内的M23C6相的析出量较大，故而硬度值将较高；随时效的继续，当MX相不断析出且成为主要的强化相时，虽然（Ti，Nb）X较VX的析出速率低，但是MPHI钢中的MX相的基体分数较大，故硬度值的大小发生反转。