1、鈮在不銹鋼和耐熱鋼中的應用時) (6) 海里斯指出NbC的溶解度隨不銹鋼中的鎳量升高而加大. 不同鋼種采用相近似的公式進行估算,可對鋼的性能和熱加工時NbC、NbN的析出行為進行預測. 鈮的NbC、NbN和Nb(CN)的形成及其分量不僅僅與鈮的自身濃度有關,而與C、N同樣有關.就是說在高C、N的情況下,即使Nb很低,也會在很高的溫度下形成碳、氮化物沉淀.這對低碳、氮或超低碳含鈮不銹鋼的發展至關重要,特別是改善含鈮奧氏體不銹鋼的焊接性能是關鍵因素. 用上述公式,可估算固溶鈮對C、N的鎮定作用及其發揮作用的程度. 金屬間化合物 不銹鋼中常見的鈮的金屬間化合物有FeNb-相、Fe2Nb拉維斯相,不常

2、見的有G相和m相,還有r''''相. -相可用電子空位濃度預測 Nv=0.66Ni+1.71Co+2.66Fe+4.66(Cr+Mo+W)+5.66V+6.66Zr+10.66Nb 鈮的系數最大,強列形成元素. 當Nv2.52時,出現相. 鈮與C、N化合時,對相形成并不敏感,在高溫合金中常形成Ni3Al型r''''相. 在高Cr鐵素體不銹鋼中,Nb比Mo、Ti更能提高強度和硬度,過分促進脆化,但鈮有細化晶粒的作用,因而脆化和韌化相抵消. (2) 鈮在不銹鋼中的作用 鈮對高溫力學的影響 合金元素對0.02(C+N)-19Cr鋼的95

3、0鈮對碳的穩定化 1)Nb/C比對奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕的影響 眾所周知,347型不銹鋼是用Nb穩定化的,因而具有良好的抗晶間腐蝕性.從圖6看出當Nb/C比大于8-10,不發生晶間腐蝕,這是由于在1050退火或845-900穩定化處理,鋼中的碳全部形成NbC,從而避免了在比較低的溫度回火時產生Cr23C6而產生晶界的貧鉻區,無貧鉻區,也就無晶間腐蝕. 2)鈮對鐵素體不銹鋼點腐蝕的影響 16.5Cr-0.4Cu-0.5Nb鐵素體不銹鋼耐海洋大氣腐蝕試驗結果如圖7. NAR160Cu-Nb鐵素體不銹鋼耐腐蝕性能與SUS434,SUS430好得多. 鈮對鐵素體不銹鋼耐Cl-離子點腐蝕性能電位的影響如

4、圖8,從0.0-0.4點蝕電位隨Nb的增加而升高,0.4Nb以后達到飽和,再加Nb無意義. 時效時的0.2屈服強度變化,顯示出加Nb-Ti的高溫穩定性能比較穩定,屈服強度顯著提高.雙穩定化鋼中固溶鈮比單獨加Nb的鋼高得多. 5) IF效應 把非常低的碳用Nb、Ti等元素穩定,而成碳化物,消除碳的加工硬化作用,提高深沖系數r,使r的絕對值趨近零.這是深沖板所要求的. r=(r0+2r45+r90/4即是板材三個方向的平均值,r值越大,深沖性能越好,而r是各項同性的指標,當它趨近于零表明各向同性.r用絕對值表示. r=(r+ r90-z r45)/2 r值越大越容易出"耳子".

5、所以深沖鋼要求合格的r值和合格的 r.的銅鎳富集層,從而消除對熱塑性的損害. 鈮代鉬的應用 鈮對18Cr-2Mo和18Cr-0Mo鋼的870347型不銹鋼降鈮 具有良好的抗蠕變性能和抗高溫氧化性能的是347型不銹鋼.由于Nb穩定化對消除晶界腐蝕,特別是焊縫熱影響區的晶界腐蝕十分有效;347型不銹鋼在熱強性能方面更比316型不銹鋼優越.所以半個世紀以來,347和316一直是許多耐蝕、耐熱領域內的應用的兩相角逐者.后來因347型不銹鋼在焊接方面出現兩個問題,一是在焊縫出現低熔點奧氏體,NbC共晶液析所造成熔析裂紋;一是熱影響區在消除應力退火或使用期間(高溫)由于大量的NbC重新析出,引起嚴重應變也

6、會導致低蠕變延性和裂紋.這就是后來347型不銹鋼產量減低的原因. 由于低碳技術的發展,含Nb不銹鋼以新的姿態發展起來,特別是日本發展迅速. 含鈮奧氏體不銹鋼的發展可以用圖16說明. 圖中A點近似347型不銹鋼,在不降低Nb/C比7.7和700304316耐高溫腐蝕含鈮不銹鋼 這類鋼主要用于化學工業,耐高溫腐蝕.鉻含量18-25%,鎳8-35%,一般都加入少量的Mo、Nb或Nb、Ti. 日本住友金屬開發的NAR-20-3主要成分:20Cr-33Ni-2.5Mo-3Cu Nb與傳統化工用鋼20-Nb-3相似.是重化工機械、成套設備和排煙裝置、耐高溫硫腐蝕用鋼. 在60年代住友金屬與住友化工合作開發

7、的用于硝酸生產的NAR-SN-1LC17Cr-13Ni-4Si-Nb,作為耐硝酸覆蓋全部濃度,從高溫高濃度到中濃度生產設備和98%硝酸罐. 圖19示出NAR-SN-1和SUS304L耐硝酸腐蝕情況. NAR-310Nb、LC-25Cr-20Ni、Nb,耐熱硝酸用于硝酸設備和核燃料再處理設備. TEMPALOY A3LC-22Cr-15.5Ni-0.5Nb-0.15NB,該鋼抗氧化性和相對穩定性均很優越,并具有高的蠕變強度. 主要用于超高壓鍋爐和成套化工設備.力學性能:0.02205MPa, b520MPa,35%,HB217. (2)含鈮鐵素體耐熱不銹鋼 9-12Cr鍋爐管用鋼 這類鋼的原型為

8、9Cr-1Mo和12Cr-Mo.由于火力發電技術的發展,鍋爐管用鋼已發展到第四代.從圖20可見,第一代為9Cr-1Mo型,第二代為加V、Nb而提高強度,第三代為V、Nb、Cu四元合金化.到第四代其600×106n的蠕變強度達到140MPa. 超高臨界鍋爐管材還在發展,住友金屬報道了"HCM12A"鋼的開發過程.該鋼特點是9Cr-1Mo-V Nb N的基上加1%Cu,降低Mo加入W,改善耐水蒸汽腐蝕和抗氧化性.降低了焊接預熱溫度(低于100),提高了高溫強度.加Cu消除了焊接軟化區,抑制了-鐵素體(<5%). -鐵素體數量的控制十分重要.超過5%韌性急劇下降,

9、Cr當量<9%,<5%. Cr當量=Cr+6Si+4Mo+1.5W+11V+5Nb+8Ti+12Al-40C- 30N-4Ni-2Mn-Cu-2Co(mass%) 10Cr型鐵素體耐熱鋼,淬火為馬氏體,回火后為鐵素體加碳化物.該鋼成分特點是馬氏體點在室溫以上,-鐵素體<5%. 該類鋼正火組織為有大量位錯纏結的板條馬氏體和少量的自回火馬氏體以及少量未溶碳化物.回火組織為仍保留板條形貌,且具有大量胞狀結構的鐵素體加碳化物. F24加Cu是為開發大徑厚壁管,改善韌性的.如果加Ni、N會明顯降低Ac1點.因而加Cu. 9-12Cr渦輪用鋼 渦輪用鋼,通常是中溫強度為主要的.一般選用較

10、低溫度回火(650-700).這類鋼也是以9Cr-1Mo為基加入W、V、Nb、B提高抗蠕變性能.鋼種的發展過程如圖21. 蒸汽溫度分為低于566、593、621三個級別.材料水平第一代產品為600*105h的蠕變強度60-70MPa;第二代產品為115MPa和80MPa,第三代產品為130MPa. 9-12Cr渦輪鋼的化學成分見表7.T2用作葉輪,T3用于轉子.T4、T5是降低碳含量加V、Nb、N提高蠕變強度,T5作為可焊接鑄件,T6為612使用的轉子材料. 該類鋼以Cr、W、Mo、V、Nb、N等諸元素多元強化,鈮的作用提高熱強性和抗蠕變強度. )內形成的Cr23C6,后者在于利用Nb形成細小

11、的碳化物和氮化物,提高抗蠕變性能.如前面第三部分所述的,Nb對高溫性能的影響,不要求Nb、Ti對C完全穩定化,而是在低鈮或微量鈮,也就是在Nb/C比在1-2之間,所表現出高溫性能最佳態.所以,近來開發的新材料,對應于達到最大蠕變強度的含碳量相應的減少了Nb,Ti的添加量.鋼呈"穩定不足"狀態.這是重視高溫強度的奧氏體耐熱不銹鋼的開發的一個方向. 圖22的橫坐標為Cr量,縱坐標為許用溫度.同一Cr含量原鋼種用虛線表示,新發展的鋼種用實線表示.可以看出新材料的許用溫度均提高50.今后可能在這兩方面取得新進展. C,N,Nb156Nb(F112) 15-6Nb船舶用高強度馬氏體不

12、銹鋼14-5MoNb 新日鐵于1996年發表開發鋼種.化學成分如表11: 該鋼的抗張性能 b1000MPa 0.2900MPa,焊接的0時夏比沖擊功仍在200J以上. 適于船舶、海洋結構、建筑用材. 鈮在鋼中的作用:細化晶粒,固定殘余碳. (3)含鈮鐵素體不銹鋼 汽車排氣系統用不銹鋼 對排氣系統用不銹鋼熱鋼的主要要求是耐高溫(900)熱疲勞性、抗氧化性、耐鹽腐蝕性(美國、加拿大路面除雪用鹽)以及良好的成形性. 該系統部件是冷熱循環,且屬有約束狀態.要求材料抗非彈性應變性能高,結構件的剛性好,熱膨脹系數要低.鐵素體鋼和奧氏體鋼相比,突出的優越性是膨脹系數低.排氣系統用比較典型的材料成分與力學性能見表12,13. 由于TiNb復合應用提高900電器