Rola złożonego azotku Cr(V, Nb)N - fazy Z w wysokochromowych stalach martenzytycznych

• Autorzy: Golański G. , Kępa J.

Warianty tytułu

EN

Role of complex nitride Cr(V, Nb)N - Z phase in high-chromium, martensite steels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy na podstawie danych literaturowych i badań własnych przedstawiono wpływ wydzielania złożonego azotku Cr(V, Nb)N - fazy Z na właściwości mechaniczne wysokochromowych, martenzytycznych stali zawierających 9÷12% Cr. Wydzielenia fazy Z powstają w czasie eksploatacji w wyniku przemiany lub/i rozpuszczenia się wydzieleń typu MX. Zanik drobnodyspersyjnych azotków, węglikoazotków bogatych w wanad i niob skutkuje pojawieniem się cząstek fazy Z. Objawia się to gwałtownym spadkiem wytrzymałości na pełzanie stali 12% Cr. Pokazano, że pierwiastkiem stymulującym wydzielanie fazy Z jest chrom, a ponadto niezbędnymi pierwiastkami do tworzenia tej fazy są niob lub tan- tal oraz azot. Optymalną temperaturą wydzielania fazy Z w stalach zawierających 9÷12% Cr jest temperatura 650°C. W żarowytrzymałych stalach o zawartości 9% Cr wpływ wydzieleń fazy Z jest niewielki i nie skutkuje tak drastycznym spadkiem wytrzymałości na pełzanie jak w przypadku stali zawierającej 12% Cr. Perspektywą wykorzystania fazy Z jest eksperymentalna stal zawierająca 12% Cr umacniana wydzieleniami tej fazy, co prawdopodobnie umożliwi opracowanie stali mogącej pracować w temperaturze powyżej 600°C.

EN

The paper presents the influence of precipitation of the complex nitride Cr(V, Nb)N - Z phase on the mechanical properties of high-chromium martensitic steels with 9÷12% Cr, based on the literature data and an independent study. Precipitations of the Z phase occur during use as a result of the transformation or/and dissolution of precipitates of the MX type. The disappearance of fine-dispersion nitrides, carbonitrides rich in vanadium and niobium results in the appearance of Z phase particles. It is revealed by a rapid decrease in the creep strength of 12% Cr steel. It has been shown that the element stimulating the precipitation of the Z phase is chromium, and the elements necessary for the formation of this phase are niobium or tantalum and nitrogen. The optimum temperature for Z phase precipitation in steels with 9÷12% Cr is the temperature of 650°C. In high-temperature creep resisting steels with 9% Cr the influence of Z phase precipitates is slight and does not cause such a drastic decrease in creep strength as in the case of steel containing 12% Cr. The prospect for using the Z phase lies in experimental steel with 12% Cr strengthened with the precipitates of this phase, which will probably make it possible to develop a steel that could operate at temperature above 600°C.

Słowa kluczowe

PL

wysokochromowe stale martenzytyczne; stabilność mikrostruktury; faza Z

EN

martensitic steel; microstructural stability; Z-phase

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 6
• Strony: 917--922
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Golański G.

autor

Kępa J.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Częstochowska,

Bibliografia

• [1] Golański G., Zieliński A.: VM12 – nowa stal z kobaltem dla energetyki. Hutnik-Wiadomości Hutnicze 3 (2011) 228÷232.
• [2] Dobrzański J., Zieliński A., Hernas A.: Struktura i własności nowych stali żarowytrzymałych o osnowie ferrytycznej. Materiały i technologie stosowane w budownictwie kotłów nadkrytycznych i spalarni odpadów (praca zbiorowa pod redakcją A. Hernasa), Wyd. SITPH, Katowice (2009) 47÷101.
• [3] Golański G., Stachura S.: Charakterystyka nowych niskostopowych stali dla energetyki. Hutnik-Wiadomości Hutnicze 9 (2009) 679÷683.
• [4] Kaibyshev R. O., Skorobogatykh V. N., Shchenkova I. A.: Formation of the Z-phase and prospects of martensitic steels with 11% Cr for operation above 590°C. Metal Science and Heat Treatment 52 (3-4) (2010) 90÷99.
• [5] Qiang Li: Modeling the microstructure-mechanical property relationship for a 12Cr-2W-V-Mo-Ni power plant steel. Materials Science Engineering A361 (2003) 385÷391.
• [6] Danielsen H. K., Hald J.: Behaviour of Z phase in 9÷12% Cr steels. Energy Materials 1 (1) (2006) 49÷57.
• [7] Sawada K., Kushima H., Kimura K., Tabuchi M.: Z-phase formation and its effect on long-term creep strength in 9÷12% Cr creep resistant steels. Translation of the Indian Institute of Metals 63 (2-3) (2010) 117÷122.
• [8] Danielsen H. K., Hald J.: Influence of Z-phase on long-term creep stability of martensitic 9 to 12% Cr steels. VGB PowerTech 5 (2009) 68÷73.
• [9] Pickering F. B.: Historical development and microstructure of high chromium ferritic steels for high temperature applications. Microstructural development and stability in high chromium ferritic power plant steels (ed. A. Strang, D. J. Stooch), The Institute of Materials Cambridge (1997) 1÷29.
• [10] Abe F.: Precipitate design for creep strengthening of 9% Cr tempered martensitic steel for ultra-supercritical power plants. Science and Technology Advanced Materials 9 (2008) 1÷15.
• [11] Magnusson H., Sandström R.: Influence of aluminium on creep strength of 9÷12% Cr steel. Materials Science Engineering A527 (2009) 118÷125.
• [12] Taneike M., Sawada K., Abe F.: Effect of carbon concentration on precipitation behavior of M23C6 carbides and MX carbonitides in martensitic 9Cr steel during heat treatment. Metallurgical and Materials Transactions 35A (2004) 1255÷1262.
• [13] Golański G.: Evolution of secondary phases in GX12CrMoVNbN9-1 cast steel after heat treatment. Archives of Materials Science Engineering 48 (1) (2011) 12÷18.
• [14] Yoshizawa M., Igarashi M., Moriguchi K.: Effect of precipitates on longterm creep deformation properties of P92 and P122 type advanced ferritic steels for USC power plants. Materials Science Engineering A510-511 (2009) 162÷168.
• [15] Sawada K., Kushima H., Kimura K., Tabuchi M.: TTP diagrams of Z phase in 9÷12% Cr heat-resistance steels. ISIJ International 47 (7) (2007) 733÷739.
• [16] Przybyłowicz K.: Podstawy teoretyczne metaloznawstwa, WNT, Warszawa (1999).
• [17] Gustafson A.: Aspect o microstructural evolution in chromium steels in high temperature applications. Doctoral Thesis, Royal Institute of Technology, Stockholm (2000).
• [18] Sourmail T.: Precipitation in creep resistant austenitic stainless steel. Materials Science Technology 17 (2010) 1÷14.
• [19] Vodarek V.: Minor phase evolution in AISI 316LN + Nb steels during creep at 650°C. 20th Anniversary International Conference on Metallurgy and Materials Metal 2011, Czech Republic (2011) 315.
• [20] Suzuki K., Kumai S., Toda Y.: Two-phase separation of primary MX carbonitrides during tempering in creep resistant 9Cr1MoVNb steel. ISIJ International 43 (7) (2003) 1089÷1094.
• [21] Danielsen H. K., Hald J.: On the nucleation and dissolution process of Z-phase Cr(V, Nb)N in martensitic 12% Cr steels. Materials Science Engineering A505 (2009) 169÷177.
• [22] Cipolla L., Danielsen H. K., Venditti D., Di Nunzio P. E., Hald J., Somers M. A. J.: Conversion of MX nitrides to Z-phase in a martensitic 12% Cr steel. Acta Materialia 58 (2010) 669÷679.
• [23] Golpayegani A., Andren H. O., Danielsen H., Hald J.: A study on Z-phase nucleation in martensitic chromium steels. Materials Science Engineering A489 (2008) 310÷318.
• [24] Danielsen H. K., Hald J.: A thermodynamic model of the Z-phase Cr(V, Nb)N. Calphad 31 (2007) 505÷514.
• [25] Golański G.: Microstructure and mechanical properties of G17CrMoV5-10 cast steel after regenerative heat treatment. Journal of Pressure Vessel Technology 132 (6) (2010) 064503-1÷064503-5.
• [26] Sawada K., Kushima H., Kimura K.: Z-phase formation during creep and aging in 9÷12% Cr heat resistance steels. ISIJ International 46 (5) (2006) 733÷739.
• [27] Golański G., Kolan C.: Wpływ aluminium na własności wysokochromowych stali martenzytycznych. Energetyka XIX (2009) 62÷65.
• [28] Danielsen H. K., Hald J.: Influence of Z phase on long term creep stability of martensitic 9÷12% Cr steels. 9th Liege Conference: Materials for Advanced Power Engineering (2010) 310÷319.
• [29] Cipolla L., Danielsen H. K., Di Nunzio P. E., Venditti D., Hald J., Somers M. A. J.: On the role of Nb in Z-phase formation in a 12% Cr steel. Scripta Materialia 63 (2010) 324÷327.
• [30] Yin F.-S., Jung W.-S.: Nanosized MX precipitates in ultra low-carbon ferritic/ martensitic heat-resistant steel. Metallurgical and Materials Transactions 40A (2009) 302÷309.
• [31] Danielsen H. K., Hald J.: Tantalum-containing Z-phase in 12% Cr martensitic steels. Scripta Materialia 60 (2009) 811÷813.
• [32] Strang A., Vodarek V.: Z-phase formation in a 12CrMoVNb turbine steels. Materials Science Technology 12 (1996) 552÷556.