1.5.2.2  固溶强化元素（W、Mo）

 

W、Mo原子由于其原子半径与Fe有巨大差异，因而能起到较强的固溶强化作 用。W的原子摩尔质量约是Mo的两倍，常用钼当量Moeq=Mo%+1/2W%（质量分数）来 综合表征钢中W、Mo的固溶强化效应。在一定范围内，提高钼当量可改善耐热钢 的蠕变性能，如图1.3所示[21,22]。耐热钢的持久强度随着钼当量增加并不是线性

 

 

增大的，当Moeq升至1.6%时，耐热钢的持久强度达到最高，但当Moeq≥1%时，600-650

℃高温长时作用下W、Mo会引起Laves相的析出，不但会降低固溶强化作用，而且 会危害材料的冲击韧性。

 

 

 

图1.3 Mo、W含量对9Cr钢蠕变断裂强度的影响 (a) [21]  ；(b) [22]

 

Abe等[23]在研究9Cr-(1-4%)W钢时发现，随着W含量增加，持久强度并不是一 直增大。在1~3%W的范围内，持久强度随W含量增大而线性增大，但当W含量进一 步增加到4%时，持久强度反而会被削弱。据分析在1~3%W范围内，固溶强化效果 很明显，位错运动受阻，同时M23C6型碳化物的长大和板条马氏体结构回复均会受 阻，表现为持久强度升高。而当W含量增至4%时，组织中会析出一定数量的δ- 铁素体，而且在δ-铁素体与板条马氏体的界面处会有富W的M6C密集析出，导致 其他部位贫W，进而削弱持久强度。

Mo 与 W 在元素周期表中位于同一族，导致它们对钢的影响效果有很多相似 之处，例如在 12%Cr 钢中加 Mo 或加 W 时，M23C6 的粗化速率相当，但 Mo 与 W 在耐 热钢中的效果也还有一定差异。Iwanaga 认为，W、Mo 对阻碍组织回复的影响较 小，提高材料抗蠕变性能主要是得益于其固溶强化作用，且在相同含量下，W 比

Mo 的强化效果好[24]。

 

1.5.2.3 析出强化元素（C-N、V-Nb）

 

 

 

 

 

 

图 1.4 V-Nb 复合添加对 10Cr-2Mo 钢(a)600℃和(b)650℃下蠕变断裂强度的影 响[24]

相关研究发现， 9Cr-2Mo钢含 0.05%C时， 其蠕变强度比含 0.02%C时高； 10Cr-2Mo钢含 0.1%C时的蠕变强度比含 0.5%C时高； 12Cr-1Mo-2V-0.05Ta钢在

0.1-0.23%C范围内，碳含量越高，蠕变强度越低[23]。这主要是因为含C量高时， M23C6容易聚集长大，从而引起蠕变强度降低。9-12Cr马氏体耐热钢的持久强度通 常在含C量大于0.1%时就会发生下降[5]。

含0.05%C的10Cr-2Mo钢可通过添加Nb、V来提高其持久强度，其持久强度与 (V+Nb)/C比有关，从图1.4可看出该材料通过添加0.10%V-0.05Nb%，其600℃下的 持久强度可达到最高；添加0.18%V-0.05Nb%后其650℃下的持久强度最高。Nb、V 分别主要提高材料的短时和长时持久强度[24]。对9Cr-3W-3Co-0.2V-0.06Nb-0.05N 钢，在研究其650℃下的持久性能时发现：在0~0.05%C范围内，其持久性能随C 含量的降低显著提高，在0.15~0.05%C范围内其持久性能随C含量变化不大。这主 要是由于当钢中的C含量降低至极低水平后，钢中析出相只有氮化物MX，不仅分 布于板条内部还分布于板条界、亚晶界等界面处，另外其长大很缓慢，导致组织 的热稳定性大大提高，持久强度因此提高[25]。

 

 

含 0.03~0.08%N的 11Cr-1MoVNb钢在 550 ℃和 650 ℃下分别在添加 0.08%N和 0.02-0.03%N时获得最高的持久强度，最佳N量随温度升高呈下降趋势[26]。

在9Cr-W-Mo-V-Nb钢中，碳、氮分别对短时间和长时间持久强度有贡献，C-N 复合添加具有最佳效果；进一步来说，在10Cr-W-Mo-V-Nb钢中发现0.10%C-0.04%N 的C-N组合可使材料获得最佳的高温持久强度[21]。文献综述 ADS的SIMP系列耐热钢组织结构与热处理制度的研究(6):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_77164.html