时效时间对20Cr32Ni1Nb钢显微组织与力学性能的影响

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(南京工业大学机械与动力工程学院，江苏省极端承压装备设计与制造重点实验室，南京 211816)

0 引 言

蒸汽转化炉是石化工业中生产甲醇、氨、乙烯等化工原料的重要装置，其炉膛内垂直排放着一系列炉管，炉管是蒸汽转化炉的核心部件。在蒸汽转化炉运行过程中，原料气体和催化剂由炉管顶部的上集气管(又称冷壁集气管)分配至各炉管，经过催化反应合成的气体汇于蒸汽转化炉底部的下集气管(又称热壁集气管)。其中，下集气管的受力情况复杂，且与其接触的介质温度高达890 ℃，因此用于制造下集气管的材料不仅要能承受较高的工作温度，还应具有良好的抗氧化、抗蠕变、抗渗碳等性能。近年来，20Cr32Ni1Nb钢因具有良好的抗蠕变性能、抗氧化性能等而逐渐成为制造集气管的理想材料[1-3]。但是研究发现，在890 ℃下长期服役过程中，集气管用20Cr32Ni1Nb钢会发生脆化[4]。KNOWLES等[5]研究认为，20Cr32Ni1Nb钢中G相的形成是造成其塑性下降的主要原因。目前，有关高温对20Cr32Ni1Nb钢显微组织和力学性能影响的报道较少。因此，作者对20Cr32Ni1Nb钢进行950 ℃、不同时间下的时效处理，研究了时效时间对该钢显微组织和力学性能的影响。

1 试样制备与试验方法

试验钢取自供货态集气管，热处理状态为铸态，采用Spectro MAXX型光谱仪对其化学成分进行分析，结果如表1所示。由表1可以看出，试验钢中所有元素的含量都在ASTM A351中20Cr32Ni1Nb钢规定的范围内。

表1 试验钢的化学成分 (质量分数)Table 1 Chemical composition of the tested steel (mass) %

图1 试验钢的铸态显微组织Fig.1 As-cast microstructure of the tested steel: (a) OM morphology and (b) SEM morphology

在集气管上沿轴向截取试样，经清洗去除油污、烘干后，放入TXCS9-Ⅱ型陶瓷纤维马弗炉中加热至950 ℃进行时效处理，时效时间分别为200，500，1 000，2 000，3 000，5 000 h。……