关键词：奥氏体耐热钢；Super304H；晶间腐蚀；影响分析
1 Super304H钢概述
日本住友金属株式会社和三菱重工于20世纪80年率先开发了Super304H（18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N）奥氏体耐热不锈钢作为超超临界机组过热器和再热器材料。该材料目前已被纳入日本METI标准，牌号为SUS304JIHTB，同时于2008年被列入ASME SA-213M（2008补遗），对应的牌号为S30432，而该材料在欧洲被命名为DMV304HCu。
2 Super304H钢晶间腐蚀的研究现状
Super304H钢在日本应用已超过10多年，而在国内也开始大量使用。目前国外研究主要集中在Super304H钢的高温力学性能、抗氧化性能等方面，而国内研究主要在制造工艺、元素作用机理尤其是强化机理、焊接性能、时效性能等方面。同时，由于Super304H钢的服役温度为650℃左右，是M23C6沿晶析出的敏感温度，容易导致晶间腐蚀的发生，并且国内外也出现了有关耐热不锈钢因晶间腐蚀诱发开裂的报道。
3 Super304H钢晶间腐蚀原理
目前，晶间腐蚀的机理主要有“贫化理论”和“晶间区偏析杂质或第二相选择性溶解理论”。其中奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界附近贫铬所致，其主要原因是：Cr23C6的沿晶析出消耗了大量的元素，而Cr在奥氏体中扩散速率很慢，导致晶界附近损失的Cr没有得到补充，从而形成贫铬区。此外，含稳定化元素的不锈钢中游离的Cr沿晶析出型MC碳化物也会导致晶界附近贫铬。晶界区杂质或第二相选择性溶解理论认为，当非敏化不锈钢晶界析出了σ相（FeCr金属间化合物）或是有杂质如（如P、Si）偏析时，在强氧化性介质中便会发生选择性溶解，从而导致晶间腐蚀。但在敏化加热过程中碳化物的析出有可能使杂质不富集或者程度减轻，从而消除或减轻此类晶间腐蚀的倾向。此外，晶间腐蚀的机理还有“晶界吸附理论”以及“亚稳沉淀相理论”等。
4 Super304H钢晶间腐蚀的影响因素
4.1 成分影响
Cr和C为M23C6型碳化物的形成元素，提高奥氏体不锈钢的C含量导致M23C6晶界析出机会增多，从而增加了晶间腐蚀的风险。Cr能增大C的溶解度而降低Cr的贫化度，可减少贫铬区的面积，从而降低晶间腐蚀敏感性。Nb与C的亲和力远大于Cr，添加Nb可以促使型碳化物优先形成，达到弥散强化和固定钢中的游离碳降低钢的晶间腐蚀敏感性的效果。N与其他元素一起发挥多元复合强化作用,同时当其含量达到某一特定值时，能降低铬在钢中的活性，抑制并延缓M23C6沿晶析出，提高抗晶间腐蚀能力。而钢中C含量相对较高，如果没有与Nb很好的匹配并形成NbC型碳化物，在650℃左右条件下服役时就会优先以的形式析出,使材料具有较高的晶间腐蚀敏感性。
基于对元素种类和含量对不锈钢晶间腐蚀性能的影响，该材料国产化过程中C含量应尽量接近下限，N应靠近上限，使其达到最佳的C、N组合。此外，日本住友及欧洲的DMV的Super304H供货态管中存在0.3%左右的Mo和一定量的B元素,Mo和B元素能降低C的活度，有利于降低不锈钢晶间腐蚀敏感性。
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4.2 成型工艺
成型工艺对Super304H钢抗晶间腐蚀性能同样有较大的影响，目前这方面的研究主要集中在双固溶法、稳定化处理以及内壁喷丸工艺的影响等方面。
Super304H钢采用了更高温度（1250~1300℃）的软化处理以及相对较低温度（1050~1150℃）的固溶处理。软化处理的主要目的是使冶炼过程中形成的大块状Nb（C,N）和富相Cu在高温软化处理后固溶并均匀分布在基体中，而供货前的固溶处理可以使加工或高温冷却过程中产生的M23C6型碳化物完全固溶，同时还可以使固溶的Nb以弥散细小的Nb（C,N）形式部分析出，有利于钢的抗晶间腐蚀性能和细化晶粒。
如果缺少稳定化处理，即使奥氏体不锈钢中稳定化元素Ti与C的成分比高达34（理论形成所需的化学计量比为3.99），依然不能抑制M23C6型碳化物的析出。例如增加稳定化处理后可以显著提高含Nb元素的奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀性能。
内壁喷丸工艺其目的是通过高速粒子冲击作用使内表面的晶粒变形，增加位错堆积、亚晶界等缺陷密度，从而为Cr原子的短程扩散提供通道，有助于在内表面形成致密的Cr2O3氧化膜，提高材料的高温氧化性能。同时位错密度的增加以及晶粒度的变化也会对贫铬区的形成产生影响，从而间接地影响Super304H钢的晶间腐蚀敏感。
4.3 焊接加工
Super304H 钢在焊接过程中，由于焊缝金属的组织、成分等与基体较大的差异，同时焊接残余应力的存在以及焊后冷却过程中在敏化温度区的停留，都使其抗晶间腐蚀性能受到了较大考验。镍基焊接材料中因含量较多Ni，在一定范围内可以提高焊接接头奥氏体组织的热力学稳定性，从而有利于钝化膜的形成，同时焊缝中C含量相对较低，也减少了M23C6析出的倾向性，能很好地保证接头的抗晶间腐蚀性能。而相对母材金属，接头的抗晶间腐蚀性能更优，同时热影响区的晶间腐蚀敏感性也比母材稍低此外，为了避免焊接热循环条件下M23C6在600℃~1000℃温度范围的热影响区中析出，提出焊后热处理温度应高于1000℃，使C和Cr能充分溶入基体中。
4.4 高温时效
过饱和奥氏体在600℃和650℃时效初期，M23C6析出时的速度较快，其中650℃时M23C6数量增加的幅度更大，但达到一定的时效时间后，基体中碳的过饱和度逐渐降低，M23C6析出速度也不断下降，从而使其析出量逐渐平缓。同时热影响区、焊缝金属以及母材的晶间腐蚀敏感性表现出与M23C6析出量一致的变化趋势。但在700℃时效处理后表现出不同的性能变化，随保温时间的延长，其晶间腐蚀敏感性和晶界的M23C6数量大幅增加并在某一时间达到最高点，但由于该温度下原子扩散速度相对低温时较快，使时效处理时贫铬区面积不断减少，晶间腐蚀敏感性有一定幅度下降。此外，预变形前后试样在700℃时效时，组织和抗晶间腐蚀性能具有与上述相同的演变规律，但是变形时效后的敏感性较未变形处理时高。
5 结语
总之，Nb含量一定的情况下，C含量对Super304H钢管晶间腐蚀敏感性的影响规律结果如下：Nb含量一定的情况下，整体上随着C含量的增加，Super304H钢管晶间腐蚀敏感性也越高，其中C含量在0.087%~0.088%以下未发现晶间腐蚀裂纹，C含量在0.089%~0.090%以上均发现晶间腐蚀裂纹。随着Nb/C比的增加，Super304H钢管晶间腐蚀敏感性也越低，其中Nb/C比在5.76以上规律较为明显，均未发现晶间腐蚀裂纹；Nb/C比在5.76以下Super304H钢管晶间腐蚀敏感性随Nb/C比的下降，敏感性就越高。
参考文献：
[1]李新梅，邹勇，张忠文，邹增大.Super304H奥氏体耐热钢微观组织研究[J].材料科学与工艺,2010,第18卷,第2期
论文作者:孙亮,陈浩
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年11期
论文发表时间:2019/12/2
标签：奥氏体论文; 敏感性论文; 碳化物论文; 含量论文; 性能论文; 时效论文; 不锈钢论文; 《当代电力文化》2019年11期论文;