固溶處理對新型Cr18Ni10Cu3NbN奧氏體不銹鋼組織和力學性能的影響

目前，由于Super304H與現有其他奧氏體不銹鋼相比，真蠕變斷裂強度較高、抗高溫蒸汽腐蝕性能較好，成為超超臨界火電機組所用鋼管的首選材料之一。但Super403H鋼中析出物在形狀、大小、分布等方面還存在問題，其組織穩(wěn)定性直接影響了高溫蠕變性能和使用壽命。因此為改善超超臨界火電機組用鋼管的高溫性能，在Super304H的基礎上進行成分調整，從而得到更適合服役條件的新型合金尤為重要。有課題組科研人員采用降碳增氮的設計思路優(yōu)化Super304H，得到新型Cr18Ni10Cu3NbN合金。本課題研究了固溶溫度及時間對新型合金的力學性能，旨在優(yōu)化該合金熱軋后的固溶時間和溫度，為改良實際熱處理工藝和顯微組織研究提供相關依據。

本試驗所用Cr18Ni10Cu3NbN鋼取自經真空感應爐熔煉鑄造的鑄錠熱軋成Φ110mm鋼棒，其主要化學成分（質量分數，%）為0.0216C、0.180N、17.98Cr、10.27Ni、0.310Nb、2.51Cu，余量Fe。熱軋態(tài)組織為典型的單相奧氏體組織形貌，晶粒細小，大小均勻，組織內存在大量孿晶。

將鋼料通過線切割加工成方塊狀試樣和板條狀拉伸試樣。將制備好的試樣在箱式電阻爐中分別進行1050、1100、1150和1200℃固溶處理，各溫度下分別保溫0.5、1、2h后，快速冷卻以保留高溫組織。金相試樣用10%草酸電解腐蝕，采用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡進行顯微組織觀察。評定晶粒度的試樣用濃硝酸電解腐蝕，按照GB/T6394-2002測定晶粒度。對金相試樣進行表面硬度測試和室溫拉伸性能測試。試驗結果表明：

（1）固溶處理對Cr18Ni10Cu3NbN奧氏體不銹鋼晶粒長大的速度和方式影響顯著。在1050～1200℃固溶溫度區(qū)間，溫度越高，晶粒長大速度越快。1150～1200℃下隨保溫時間延長出現局部晶粒異常長大現象。

（2）試驗鋼中的球狀析出物和條塊狀析出物均為Nb（CN）。球狀析出物尺寸在10μm以下，條塊狀析出物尺寸在5～20μm之間。溫度1150℃以上固溶處理，析出物Nb（CN）溶解明顯。

（3）在相同固溶時間下提高固溶溫度和在相同固溶溫度下延長固溶時間，試驗鋼的硬度和抗拉強度均逐漸降低。