Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Экспериментальное исследование структуры первичных карбидов на основе Nb в литых жаропрочных сплавах HP40NbTi

С. Ю. Кондратьев, Ю. А. Беликова, Е. В. Забавичева

Аннотация


Исследовано тонкое строение карбидов на основе ниобия в структуре литого сплава HP40NbTi методами световой и электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа. Выявлена последовательность формирования карбидных частиц в процессе кристаллизации расплава. Установлено, что они представляют собой поликристаллические, неоднородные по химическому составу частицы карбонитрида (NbTi)(CN) с неметаллическим включением в центре и увеличивающимся от центра к периферии соотношением Nb/Ti.

Ключевые слова


жаропрочный сплав HP40NbTi; карбид ниобия; микроструктура; фазовый состав; карбидное упрочнение

Полный текст:

PDF

Литература


Garbiak M., Jasinski W., Piekarski B. Materials for reformer furnace tubes. History of evolution // Arch. Foundry Eng. 2011. V. 11, Is. 2. P. 47 - 52.

Ghatak A., Robi P. S. High-temperature tensile properties and creep life assessment of 25Cr35NiNb micro-alloyed steel //j. Mater. Eng. Perform. 2016. V. 25, Is. 5. P. 2000 - 2007.

Рудской А. И., Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю. и др. Особенности структуры и длительная прочность литого жаропрочного сплава 45Х26Н33С2Б2 // МиТОМ. 2013. № 4(694). С. 42 - 47.@@Rudskoy A. I., Oryshchenko A. S., Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P., Fuks M. D., Petrov S. N. Special features of structure and long-term strength of cast refractory alloy 45Kh26N33S2B2 // Met. Sci. Heat Treat. 2013. V. 55, No. 3 - 4. P. 209 - 215.

Tawancy H. M., Ul-Hamid A., Mohammed A. I., Abbas N. M. Effect of materials selection and design on the performance of an engineering product An example from petrochemical industry // Mater. Des. 2007. V. 28, Is. 2. P. 686 - 703 (DOI: 10.1016/j.matdes.2005.07.003).

De Almeida L. H., Ribeiro A. F., Le May I. Microstructural characterization of modified 25Cr - 35Ni centrifugally cast steel furnace tubes // Mater. Charact. 2003. V. 49, Is. 3. P. 219 - 229.

Guo J., Liu W., Li C., Zhang X. Microstructural characterization and mechanical behavior of Cr25Ni35NbM alloy dissimilar weld joint for application in a hydrogen reformer furnace // Metal. Res. Technol. 2020. V. 117, No. 6. Art. 612.

Piekarski B. Effect of Nb and Ti additions on microstructure and identification of precipitates in stabilized Ni - Cr cast austenitic steels // Mater. Charact. 2001. V. 47. P. 181 - 186.

Kenik E. A., Maziasz P. J., Swindeman R. W. et al. Structure and phase stability in cast modified-HP austenite after long-term ageing // Scr. Mater. 2003. V. 49, Is. 2. P. 117 - 122.

Monobe L. S., Schőn C. G. Microstructural and fractographic investigation of a centrifugally cast 20Cr32Ni + Nb alloy tube in the 'as cast' and aged states //j. Mater. Res. Technol. 2013. V. 2, Is. 2. P. 195 - 201.

Liu C. J., Chen Y. Variations of the microstructure and mechanical properties of HP40Nb hydrogen reformer tube with time at elevated temperature // Mater. Des. 2011. V. 32, Is. 4. P. 2507 - 2512.

Wang W. Z., Xuan F. Z., Wang Z. D. et al. Effect of overheating temperature on the microstructure and creep behavior of HP40Nb alloy // Mater. Des. 2011. V. 32, Is. 7. P. 4010 - 4016.

Borjali S., Allahkaram S. R., Khosravi H. Effects of working temperature and carbon diffusion on the microstructure of high pressure heat-resistant stainless steel tubes used in pyrolysis furnaces during service condition // Mater. Des. 2012. V. 34. P. 65 - 73.

Кондратьев С. Ю., Пташник А. В., Анастасиади Г. П., Петров С. Н. Анализ превращений карбидных фаз в сплаве 25Cr35Ni методом количественной электронной микроскопии // МиТОМ. 2015. № 7(721). С. 36 - 43.@@Kondrat'ev S. Yu., Ptashnik A. V., Anastasiadi G. P., Petrov S. N. Analysis of transformations of carbide phases in alloy 25Cr35Ni by the method of quantitative electron microscopy // Met. Sci. Heat Treat. 2015. V. 57, No. 7 - 8. P. 402 - 409.

Bonaccorsi L., Guglielmino E., Pino R. et al. Damage analysis in Fe - Cr - Ni centrifugally cast alloy tubes for reforming furnaces // Eng. Failure Anal. 2014. V. 36. P. 65 - 74.

Shi S., Lippold J. C. Microstructure evolution during service exposure of two cast, heat-resisting stainless steels HP-Nb modified and 20-32Nb // Mater. Charact. 2008. V. 59. P. 1029 - 1040.

Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P., Ptashnik A. V., Petrov S. N. Evolution of the microstructure and phase composition of a subsurface of cast HP-type alloy during a long-term high-temperature aging // Mater. Charact. 2019. V. 150. P. 166 - 173.

Kaya A. A., Krauklis P., Young D. J. Microstructure of HK40 alloy after high-temperature service in oxidizing/carburizing environment: I. Oxidation phenomena and propagation of a crack // Mater. Charact. 2002. V. 49, Is. 1. P. 11 - 21.

Kaya A. A. Microstructure of HK40 alloy after high-temperature service in oxidizing/carburizing environment: II. Carburization and carbide transformations // Mater. Charact. 2002. V. 49, Is. 1. P. 23 - 34.

Kondrat'ev S. Yu., Kraposhin V. S., Anastasiadi G. P., Talis A. L. Experimental observation and crystallographic description of M7C3 carbide transformation in Fe - Cr - Ni - C HP type alloy // Acta Mater. 2015. V. 100. P. 275 - 281 (DOI: 10.1016/j.actamat.2015.08.056).

Talis A. L., Kraposhin V. S., Kondrat'ev S. Y. et. al. Non-crystallographic symmetry of liquid metal, flat crystallographic faults and polymorph transformation of the M7C3 carbide // Acta Crystallogr. A. 2017. V. A73, No. 3. P. 209 - 217 (DOI: 10.1107/S2053273317000936).

Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П., Петров С. Н. et al. Морфологические характеристики карбидов хрома в жаропрочных сплавах HP40NbTi в литом состоянии и после высокотемпературной выдержки // МиТОМ. 2016. № 1(727). С. 22 - 29.@@Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P., Petrov S. N. et al. Morphological characteristics of chromium carbides in HP40NbTi refractory alloys in cast condition and after high-temperature holds // Met. Sci. Heat. Treat. 2016. V. 58, No. 1 - 2. P. 19 - 26.

Рудской А. И., Анастасиади Г. П., Кондратьев С. Ю. и др. Влияние фактора числа электронных вакансий на кинетику образования, роста и растворения фаз при длительных высокотемпературных выдержках жаропрочного сплава 0.45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb // ФММ. 2014. Т. 115, № 1. С. 3 - 13.@@Rudskoi A. I., Anastasiadi G. P., Kondrat'ev S. Yu., Oryshchenko A. S., Fuks M. D. Effect of electron factor (number of electron holes) on kinetics of nucleation, growth, and dissolution of phases during long-term high-temperature holdings of 0.45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb superalloy // Phys. Met. Metallogr. 2014. V. 115, No. 1. P. 1 - 11.

Рудской А. И., Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П. и др. Трансформация структуры жаропрочного сплава 0,45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb при длительной высокотемпературной выдержке // МиТОМ. 2013. № 10(700). С. 7 - 14.@@Rudskoy A. I., Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P., Oryshchenko A. S., Fuks M. D., Petrov S. N. Transformation of the structure of refractory alloy 0.45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb during a long-term high-temperature hold // Met. Sci. Heat Treat. 2014. V. 55, No. 9 - 10. P. 517 - 525.

Attarian M., Taheri A. K., Varahramb N., Davami P. Microstructure and segregation behaviour of directionally solidified tungsten bearing 25Cr - 35Ni - Nb heat-resistant stainless steels // Int. J. Cast Met. Res. 2017. V. 30, Is. 2. P. 112 - 122 (DOI: http://dx.doi.org/10.1080/13640461.2016.1261519).

Рудской А. И., Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю. и др. Механизм и кинетика фазовых превращений в жаропрочном сплаве 45Х26Н33С2Б2 при длительных высокотемпературных выдержках. Часть 1 // МиТОМ. 2014. № 1(703). С. 3 - 8.@@Rudskoy A. I., Oryshchenko A. S., Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P., Fuks M. D. Mechanisms and kinetics of phase transformations in refractory alloy 45Kh26N33S2B2 in long-term high-temperature holds. Part 1 // Met. Sci. Heat Treat. 2014. V. 56, No. 1 - 2. P. 3 - 8.

Рудской А. И., Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П. и др. Механизм и кинетика фазовых превращений в жаропрочном сплаве 45Х26Н33С2Б2 при длительных высокотемпературных выдержках. Часть 2 // МиТОМ. 2014. № 3(705). С. 12 - 19.@@Rudskoy A. I., Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P., Oryshchenko A. S., Fuks M. D. Mechanism and kinetics of phase transformations in refractory alloy 45Kh26N33S2B2 under long-term high-temperature holds. Part 2 // Met. Sci. Heat Treat. 2014. V. 56, No. 3 - 4. P. 124 - 130.

Piekarski B. Effect of Nb and Ti additions on microstructure and identification of precipitates in stabilized Ni - Cr cast austenitic steels // Mater. Charact. 2001. V. 47, Is. 3 - 4. P. 181 - 186 (DOI: 10.1016/S1044-5803(01)00166-8).

Nunes F. C., de Almeida L. H., Dille J. et al. Microstructural changes caused by yttrium addition to NbTi-modified centrifugally cast HP-type stainless steels // Mater. Charact. 2007. V. 58, Is. 2. P. 132 - 142 (DOI: 10.1016/j.matchar.2006. 04.007).

Vachй N. Steyer P., Duret-Thual C. et al. Microstructural study of the NbC to G-phase transformation in HP-Nb alloys // Materialia. 2020. V. 9. 100593.

Kondrat'ev S. Yu., Sviatysheva E. V., Anastasiadi G. P., Petrov S. N. Fragmented structure of niobium carbide particles in as-cast modified HP alloys // Acta Mater. 2017. V. 127. P. 267 - 276.

Ribeiro A. F., Borges R. M. T., de Almeida L. H. Phase transformation in heat resistant steels observed by STEM (NbTi)C - NiNbSi (G-Phase) // Acta Microscopica. 2002. V. 11, Is. 1. P. 59 - 63.

Nunes F. C., Dille J., Delplancke J.-L., de Almeida L. H. Yttrium addition to heat-resistant cast stainless steel // Scripta Mater. 2006. V. 54, Is. 9. P. 1553 - 1556 (DOI 10.1016/j.scriptamat.2006.01.024).

Jingbo Y., Yimin G., Fang Y. et al. Effect of tungsten on the microstructure evolution and mechanical properties of yttrium modified HP40Nb alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2011. V. 529. P. 361 - 369.

Buchanan K. G., Kral M. V. Crystallography and morphology of niobium carbide in as-cast HP-niobium reformer tubes // Metall. Mater. Trans. A: Phys. Metall. Mater. Sci. 2012. V. 43A, Is. 6. P. 1760 - 1769 (DOI: 10.1007/s11661-011- 1025-0).

Рыбин В. В., Рубцов А. С., Нестерова Е. В. Метод одиночных рефлексов (ОР) и его применение для электронномикроскопического анализа дисперсных фаз // Заводская лаборатория. 1982. № 5. С. 16 - 21.

Zhang Y., Song R., Wang Y. et al. The precipitation evolution and mechanism of micro-sized NbC in the melt of Fe - 25 wt.% Cr - 3.5 wt.% C - 2.0 wt.% Nb alloy // Mater. Charact. 2022. V. 183. P. 111611 (DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.111611).

Li Q., Lei Y., Fu H. Laser cladding in-situ NbC particle reinforced Fe-based composite coatings with rare earth oxide addition // Surf. Coat. Technol. 2014. V. 239. P. 102 - 107 (DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2013.11.026).

Li Q., Lei Y., Fu H. Growth characteristics and reinforcing behavior of in-situ NbCp in laser cladded Fe-based composite coating //j. Mater. Sci. Technol. 2015. V. 31, Is. 7. P. 766 - 772 (DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2014. 06.012).

Liu M.-L., Zhu G.-H., Tang H. Q. et al. Analysis of precipitation of NbC in low reduction ratio conditions // Metallogr. Microstruct. Anal. 2021. V. 10, Is. 3. P. 377 - 382 (DOI: https://doi.org/10.1007/s13632-021-00749-3).

Zhang Y., Song R., Pei Y. et al. The formation of TiC - NbC core-shell structure in hypereutectic high chromium cast iron leads to significant refinement of primary M7C3 //j. Alloys Compd. 2020. V. 824, No. 153806 (DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.153806).

Piekarski B., Kubicki J. Creep-resistant austenitic cast steel // Arch. Foundry Eng. 2008. V. 8, Is. 2. P. 115 - 120.

Buchanan K. G., Kral M. V., Bishop C. M. Crystallography and morphology of MC carbides in niobium-titanium modified as-cast HP alloys // Metall. Mater. Trans. A. 2014. V. 45A, Is. 8. P. 3373 - 3385 (DOI: 10.1007/s11661-014- 2285-2).

Formenti A., Eliasson A., Mitchell A., Fredriksson H. Solidification sequence and carbide precipitation in Ni-base superalloys IN718, IN625 and IN939 // High Temp. Mater. Process. 2005. V. 24, Is. 4. P. 239 - 258 (DOI: 10.1515/HTMP.2005.24.4.239).




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2022.7.17-26

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024