12Cr

T/P122(HCM12A) 0.11 0.1 0.60 12.0 0.4 2.0 0.2 0.05 0.003 0.06 1.0Cu 620℃

2.

NF12 0.08 0.2 0.50 11.0 0.2 2.6 0.20 0.07 0.004 0.05 650℃

5

图1.2 铁素体/马氏体耐热钢持久强度的发展历程[5]

1.4 9-12%Cr 马氏体耐热钢的强化机制

马氏体耐热钢主要依靠马氏体相变强化、固溶强化和析出强化来提高其高 温强度。

在马氏体耐热钢中固溶强化效果最显著的就是W、Mo，由于它们的原子半径 和铁原子相差较大。

在马氏体耐热钢中起析出强化作用的主要是M23C6型碳化物（M=Fe，Cr，W， Mo）和MX型碳氮化物（M=Nb，V；X=C，N）。但这两者的分布也会随耐热钢含碳量 的不同发生很大变化。在9~12%Cr马氏体耐热钢中其分布规律如下：（1）当含碳 量极低或几乎不含碳时，组织中的各类界面和基体上析出的沉淀相主要是MX型氮 化物，几乎不出现M23C6型碳化物。（2）当含碳量在0.1%左右时，回火后M23C6型碳 化物主要在原奥氏体晶界、晶区界、板条束界和板条界上析出，MX型碳氮化物主 要在板条内部析出[15]。

在高温下要想实现位错强化就必须保证较好的固溶强化和析出强化。 对于较低温度使用的钢铁材料，细晶强化是很好的提高其强韧性的措施，也

是钢材领域历史研究的热点。但对于耐热钢这种在高温环境使用的钢材，细晶强 化的作用反而消失。由于晶界处的原子扩散激活能较晶内低，高温下晶界附近原 子扩散快，使得蠕变更容易在晶界邻近位置发生。

1.5  9~12%Cr 马氏体耐热钢中各合金元素的作用

1.5.1  合金元素所具有的的共性作用

除 Co 和 Al，其他所有的合金元素都会提高钢的淬透性。而 C 含量对亚共析 钢和过共析钢淬透性的影响不同。

9~12%Cr 马氏体耐热钢中 C、Mn、Co、Ni、Cu、N 等为奥氏体形成元素，而 Si、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、B 等为铁素体形成元素。在设计马氏体耐热钢 的成分时必须平衡这两类元素的含量，确保铬当量（Creq）不超过临界值，如 10%[16]、14.91%[17]或 6.5%[18]，以保证淬火后的组织为全马氏体组织。

1.5.2  不同元素的特殊作用

根据各元素对9~12%Cr马氏体耐热钢组织与性能的影响，可以将它们划分为 以下几类：

1.5.2.1  提高抗氧化腐蚀性能的元素（Cr、Si）

Cr 和 Si 均能提高 9-12%Cr 马氏体耐热钢的抗氧化腐蚀性能。Cr 含量对铁素 体/马氏体耐热钢的持久性能影响也很大。在研究耐热钢持久强度随 Cr 含量变化 的规律时发现，耐热钢的持久强度在 Cr 含量为 2%、9~12%时有极大值[5]，Abe 等人和 Liu 等人的进一步研究结果分别指出，9~12%钢中 Cr 含量选择在 10%[12] 和 11.5%[19]时持久性能最优异。而 Si 对 9~12%Cr 耐热钢的蠕变断裂韧性的影响 规律也随 Cr 含量不同而发生很大变化。论文网