304H不锈钢管的力学性能和组织性能及持久强度分析

 浙江至德钢业有限公司采用条状试样（试样标距：50mm，宽；12.7mm，其他均按ASME标准执行）对304H不锈钢管进行室温拉伸试验和硬度测试。较之普通的304不锈钢管，此材料在室温下具有更高的强度和良好的塑性，该奥氏体钢的届强比约为0.6，成型性好。氮是非常强烈地形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，它提高强度的作用比碳及其它合金元素都强，加入0.1%的氮可以使铬-镍奥氏体不锈钢管的室温强度提高60～100MPa。含氮钢的屈服强度由氮原子间隙固溶在奥氏体面心立方晶格中导致的固溶强化而得以提高．加入微量氮后，钢的屈服强度和抗拉强度都升高，而伸长率下降却并不明显。因此，304H不锈钢管室温力学性能良好，与ASME Code casc 2328-1标准比较，屈服强度、抗拉强度均有较大余量，塑性、硬度均满足超（超）临界火电站锅炉过热器和再热器用钢要求。

1. 由于氮、碳及其它合金元素固溶强化及未溶解的第二相细小质点的弥散强化作用，较之普通的304不锈钢管，304H不锈钢管具有优良的室温力学性能。

2. 高温短时拉伸性能与日产304H不锈钢管相近(略低6%)，但明显高于GB5310规定的高温短时抗拉数据值，其600℃时的抗拉强度比规定值高约30%，达到434Mpa。

3. 试验用304H不锈钢管总体上氮氧夹杂物较多，分布相对集中。灰色的氧化物类夹杂物在基体中成密集链状分布，为2.5级：而浅黄色的氮化物类夹杂物分布较分散，偶而可观察到呈间断链状，但不大于1级。氮化物类夹杂物经EDX成分分析，发现含有较多的碳、氮和铌，此将降低钢中碳、氮和铌的固溶强化和弥散析出强化作用。

4. 在650℃较高应力试验条件下，304H不锈钢管蠕变断口为沿晶与穿晶复合型断裂断口，且试验应力越小（蠕变时间越长），断口越呈现沿晶断裂特征。在较低应力长时蠕变断口附近基体中观察到裂纹沿晶界长大连接而成的裂纹段，长约为11.3um，并垂直于拉应力方向。

5. 在650℃较低应力验条件下，304H不锈钢管蠕变断口沿晶断裂区域之间的断面有大量的撕裂岭，沿晶断裂面包含有细小韧窝，在部分韧窝底部可观察到细小第二相质点，蠕变断口为延性沿晶断裂断口。同时，研究中也发现夹杂物脱落或破裂形成的蠕变空洞，其尺寸约为13.3pm·因此应严格控制冶炼质量，同时改变夹杂物分布，以此来提高蠕变断裂性能。

6. 较之650℃试验温度，700℃较低应力试验条件下，304H不锈钢管虽然也表现出沿晶断裂特征，但沿晶断裂区域之间的断面撕裂岭明显减少，断口呈现较清晰地晶粒状轮廓，表明材料在700℃较低应力试验条件下具有较小的塑性值。

7. 对三种外推法分析，表明，等温线外推法比时间，温度参数法的精度差，而时间．温度参数法中K-D法比L-M法精度高．

8. 参数法外推304H不锈钢管的持久强度为：122.74MPa略大于GB5310 高压锅炉用无缝钢管（报批搞）中规定的持久强度值，而60.78MPa，仅有规定值的80.6%，此性能变化规律与断口特征相符。

一般，TP347H不锈钢管和TP321H不锈钢管等沉淀硬化18-8奥氏体不锈钢在高温服役时会引起碳化物粗化，从而导致沉淀硬化效应降低，而304不锈钢管的持久性能却比较稳定。并且，在高温长时间内未出现持久强度的陡降。至德钢业用参数回归分析后判断，此钢每一温度下外推105小时的持久强度都比TP347H不锈钢管高30%．他们认为，此钢优良的高温强度是蠕变过程中富铜相、NbCrN、Nb(C，N)和M23C6的析出强化的结果。