摘要：本文采用金相显微镜、透射电镜、X射线衍射仪，研究了Super 304H耐热钢供应状态及高温持久试样的微观组织并对其合金化原理进行了探讨。结果表明该钢组织为奥氏体。供应状态时的析出相主要由富Cu相和Nb(C, N)组成，蠕变过程中又析出了一部分NbCrN和M₂₃C₆。细小的富Cu相弥散分布在基体上，有些具有一定的方向性，经长期蠕变后尺寸变化不大，对位错有很好的钉扎作用。这些第二相的沉淀强化作用对Super 304H持久强度的提高都有重要影响。此外Nb、Cu的增加又使Super 304H的抗蒸气氧化和耐热腐蚀的性能大幅度的提高。  

1.前言

      为满足节能和环保要求，实现火力发电的高效率化，各国都在大力发展超临界和超超临界压力机组。为此，国外研制开发了一批与高蒸汽参数相适应的高温耐热材料。Super 304H是其中开发较为成功的一种新型18-8奥氏体不锈钢，主要用于制造超临界和超超临界锅炉的过热器和再热器。该钢是由日本住友金属株式会社和三菱重工联合开发的。该钢组织稳定，在日本电站锅炉过热器、再热器部件上的应用时间长达十多年，用量已达7000余吨，显示出良好的综合性能^[1,2,3]。本文采用X射线衍射仪、金相显微镜、透射电镜，研究了Super 304H耐热钢供应状态及高温持久试样的微观组织并对其合金化原理进行了探讨，这对Super 304H钢的国产化及明确提高其性能的方向和途径，具有重要的意义。

2．实验方法

      本实验采用的Super 304H奥氏体耐热钢由日本住友金属公司生产，化学成分见表1。实验采用X射线衍射仪、Nikon EPIPHOT 300金相显微镜、H-800透射电镜，研究了Super 304H耐热钢供应状态和650℃蠕变7022h断裂试样的显微组织。

                               表1  Super 304H的化学成分（wt%）

3．Super304H耐热钢的微观组织形态

     如图1a所示，Super 304H耐热钢供应状态组织为奥氏体，并且可以观察到少量的孪晶。该钢组织稳定在650℃蠕变7022h断裂后，奥氏体基体变化不大，但有大量细小、弥散分布的第二相析出（图1b）。

     图2是Super 304H 耐热钢供应状态及650℃下蠕变7022h断裂试样的X射线衍射图谱，可以看出该钢供应状态时的组织为奥氏体，析出相主要由富Cu相和Nb(C, N)组成(图2a)。650℃蠕变7022h后除原有的富Cu相和Nb(C, N)外，还析出了一部分M₂₃C₆和NbCrN，并且通过对析出相的衍射峰强度分析发现Nb(C, N)的含量略有增加(图2b)。仔细观察该钢的X射线衍射图谱，可以发现富Cu相的衍射峰非常宽，这是由于富Cu相的尺寸细小造成的，并且经长时间蠕变后变化不大，因此Cu对Super 304H耐热钢持久强度的提高起主要作用。

 Super 304H是一种用于高参数、超超临界锅炉受热面管的新材料。该钢金相组织为奥氏体，供应状态时的析出相主要由富Cu相和Nb(C, N)组成，蠕变过程中，该钢又析出了一部分NbCrN和M₂₃C₆。富Cu相尺寸细小，弥散分布在基体上，有些具有一定的方向性，对位错有很好的钉扎作用。Super 304H优异的性能主要得益于细富铜相的沉淀强化作用，同时由于NbCrN、Nb(C, N)和M₂₃C₆ 的沉淀加强作用使其蠕变断裂性能得到了增强。而Nb的增加又使Super 304H的抗蒸气氧化和耐热腐蚀的性能大幅度的提高，同时也使一般不含Nb的高铜18-8型钢持久塑性降低的问题得到了解决。