ریزساختار و خواص مکانیکی دما بالای یک فولاد زنگ نزن مارتنزیتی مقاوم به حرارت از نوع ۴۰۳Nb که قرار گرفته تحت عملیات ترمومکانیکی

Microstructures and High-Temperature Mechanical Properties of a Martensitic Heat-Resistant Stainless Steel 403Nb Processed by Thermo-Mechanical Treatment

چکیده

از عملیات ترمومکانیکی (TMT) از طریق نورد در دماهای مختلف برای پردازش فولاد زنگ نزن مارتنزیتی و مقاوم به حرارت از نوع ۴۰۳Nb که شامل ۱۲ درصد وزنی کروم و مقادیر کمی‌ نایوبیوم و وانادیوم بود، استفاده شد. ریزساختار و خواص مکانیکی این فولاد در دمای اتاق و دماهای زیاد از طریق میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، سختی سنجی، آزمایش کشش و آزمایش خزش، مشخصه‌یابی شدند. نتایج به دست آمده نشان دادند که خواص مکانیکی در دمای بالای مطلوبی پس از عملیات TMT به دست می‌آید. همچنین ریزساختاری متشکل از مارتنزیت لایه‌ای با کاربیدهای MX با ابعاد نانو را می‌توان ایجاد کرد. اندازه کاربیدهای M23C6 و MX در فولاد زنگ نزن ۴۰۳Nb پس از انجام عملیات رایج نرماله و بازپخت به ترتیب برابر با ۵۰ تا ۱۶۰ و ۱۰ تا ۲۰ نانومتر بود، در حالی که این مقادیر پس از انجام عملیات ترمومکانیکی در دمای ۱۱۲۳ کلوین و سپس بازپخت در دمای ۹۲۳ کلوین به مدت دو ساعت به ترتیب به حدود ۲۵ تا ۸۵ و ۵ تا ۱۰ نانومتر رسید.

تحت شرایط خزش ۲۶۰ مگاپاسکال در دمای ۸۷۳ کلوین، عمر پارگی خزشی کششی فولاد زنگ نزن ۴۰۳Nb پس از عملیات ترمومکانیکی در دمای ۱۱۲۳ کلوین ۴۵۵ ساعت است، که این مقدار بیش از سه برابر حالتی است که این فولادها فقط نرماله شده اند. مکانیزم ارتقای خواص مکانیکی در دماهای بالا با توجه به حضور ذرات MX با اندازه نانو در مارتنزیت لایه ای مورد بررسی قرار گرفت. ذرات MX با اندازه نانو به علت پایداری بیشتری که در دماهای بالا دارند، به سخت سازی از طریق نابجایی و سخت سازی از طریق دانه‌های فرعی برای مدتهای طولانی تر توسط متوقف کردن حرکت نابجایی‌ها و مهاجرت مرزهای دانه‌های فرعی، کمک می‌کنند.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

Thermo-mechanical treatments (TMT) at different rolling deformation temperatures were utilized to process a martensitic heat-resistant stainless steel 403Nb containing 12 wt pct Cr and small additions of Nb and V. Microstructures and mechanical properties at room and elevated temperatures were characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and hardness, tensile, and creep tests. The results showed that high-temperature mechanical behavior after TMT can be greatly improved and microstructures with refined martensitic lath and finely dispersed nanosized MX carbides could be produced. The particle sizes of M23C6 and MX carbides in 403Nb steel after conventional normalizing and tempering (NT) treatments are about 50 to 160 and 10 to 20 nm, respectively, while those after TMT at 1123 K (850^°C) and subsequent tempering at 923 K (650^°C) for 2 hours reach about 25 to 85 and 5 to 10 nm, respectively.

Under the condition of 260 MPa and 873 K (600^°C), the tensile creep rupture life of 403Nb steel after TMT at 1123 K (850^°C) is 455 hours, more than 3 times that after conventional NT processes. The mechanisms for improving mechanical properties at elevated temperature were analyzed in association with the existence of finely dispersed nanosized MX particles within martensitic lath. It is the nanosized MX particles having the higher stability at elevated temperature that assist both dislocation hardening and sub-grain hardening for longer duration by pinning the movement of dislocations and sub-grain boundary migration.