·1050 北京科技大学学报 第36卷 出，服役1.5a炉管的碳化物富集区与心部基体相比 after high temperature service in oxidizing/carburizing environ- 二次碳化物数量明显比心部基体多，且一次碳化物 ment.Mater Charact,2002,49:23 2]Khodamorad S H,Rezaie H.Sadeghipour A,et al.Analysis of 更粗大.随着服役时间的延长，贫化区越来越宽，碳 ethylene cracking furnace tubes.Eng Fail Anal,2012,21:1 化物富集区前沿也向内部推进 B]Voicu R,Andrieu E,Poquillon D,et al.Microstructure evolution of HP40-Nb alloys during aging under air at 1000 C.Mater Char- 碳化物 ac,2009,60:1020 言集区 4] Laigo J,Christien F,Le G R,et al.SEM,EDS,EPMA-WDS and EBSD characterization of carbides in HP type heat resistant al- loys.Mater Charact,2008,59:1580 [5]Sustaita-Torres I A,Haro-Rodriguez S,Guerrero-Mata M P,et al. Aging of a cast 35Cr-45Ni heat resistant alloy.Mater Chem Phys, 2012,133:1018 6 Shi S.Lippold JC.Microstructure evolution during service expo- sure of two cast,heat-resisting stainless steels HP-Nb modified and 图7服役1.5a炉管碳化物富集区 Fig.7 Carbide-rich zone of the tube serviced for 1.5 a 20-32Nb.Mater Charact,2008,59:1029 [7]Shen L M,Gong J M,Tang J Q,et al.Study on the carburization 从图1(b)和(c)中可以看出，在两个服役炉管 resistance of Cr25Ni35Nb and Cr35Ni45Nb alloys for ethylene 的碳化物贫化区中出现了一些孔洞，这主要由以下 cracking fumnace tube at high temperature.Shanghai /iaotong Uni,2010,44(5):604 几点因素造成：(1)炉管内壁上氧化膜的形成，致使 (沈利民，巩建鸣，唐建群，等.C25N35Nh和C35N45Nb 合金基体受到氧化膜对它的拉应力作用，容易在贫 裂解炉管的抗高温渗碳能力.上海交通大学学报，2010,44 化区晶界处产生孔洞：(2)服役炉管存在氧化层、贫 (5):604) 化区、碳化物富集层以及心部基体四个区域，这四个 8] Shen L M,Geng L Y,Gong J M.Effects of aging time on me- 区域分别具有不同的组织形态，具有不同的热膨胀 chanical properties and microstructure in Cr35Ni45Nb centrifugally 系数和力学性质，所以当合金服役过程中受到热应 cast austenitic steel.J Nanjing Unir Technol Nat Sci Ed,2011, 33(2):28 力作用，发生变形时，各区域的变形不协调，相互阻 (沈利民，歌鲁阳，巩建鸣.时效时间对C35N45Nb离心铸 碍，应力不能有效释放：(3)炉管服役过程中受到蠕 造奥氏体钢力学性能与微观组织的影响.南京工业大学学报： 变应力的作用，炉管的碳化物贫化区中没有析出相， 自然科学版，2011,33(2)：28) 蠕变抗力较低，因此会在碳化物贫化区中优先出现 9)] Piekarski B.Effect of Nb and Ti additions on microstructure and 蠕变孔洞 identification of precipitates in stabilized Ni-Cr cast austenitic steels.Mater Charact,2001,47:181 4结论 [0]Wang W Z,Xuan F Z,Wang Z D,et al.Effect of overheating temperature on the microstructure and creep behavior of HP40Nb (1)Cr35Ni45炉管在高温服役过程中其内壁 alloy.Mater Des,2011,32(7)4010 出现了氧化层、碳化物贫化区和碳化物富集区三个 [11]Borjali S,Allahkaram S R,Khosravi H.Effects of working tem- 区域，其氧化行为包括C的外氧化和Si的内氧化， perature and carbon diffusion on the microstructure of high pres- 且服役过程中外氧化膜发生反复破坏和重建. sure heat-resistant stainless steel tubes used in pyrolysis fumnaces (2)炉管内壁出现的渗碳行为主要由内表面结 during service condition.Mater Des,2012,34:65 [12]Swaminathan J,Guguloth K,Gunjan M,et al.Failure analysis 焦引起，外氧化膜的反复破坏加剧了渗碳过程，但基 and remaining life assessment of service exposed primary reformer 体含铬量较高，保护性氧化膜在破坏后能重建，故两 heater tubes.Eng Fail Anal,2008,15(4):311 个服役条件下的炉管渗碳程度较小 03] Ul-Hamid A,Tawancy H M,Mohammed A R I,et al.Failure (3)炉管内壁外氧化膜的反复破坏和重建使亚 analysis of furnace radiant tubes exposed to excessive tempera- 表层贫铬，导致形成碳化物的临界碳浓度增加，该区 ture.Eng Fail Anal,2006,13(6)1005 碳化物分解，形成贫碳化物区，分解后多余的碳原子 14]Li T F.Metal High Temperature Oxidation and Hot Corrosion. Beijing:Chemical Industry Press,2003:139 和由渗碳进入基体的碳原子在贫化区内侧以碳化物 (李铁藩.金属高温氧化和热腐蚀.北京：化学工业出版社， 的形式析出，形成碳化物富集区. 2003:139) [15]Tian S G,Lu X D,Sun Z D.Internal oxidation and internal nit- 参考文献 ridation of Ni-base alloy with high Cr contents during high tem- [Kaya AA,Krauklis P,Young D J.Microstructure of HK40 alloy perature exposure.Chin J Nonferrous Met,2012,22(2):408北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 出，服役1. 5 a 炉管的碳化物富集区与心部基体相比 二次碳化物数量明显比心部基体多，且一次碳化物 更粗大． 随着服役时间的延长，贫化区越来越宽，碳 化物富集区前沿也向内部推进． 图 7 服役 1. 5 a 炉管碳化物富集区 Fig． 7 Carbide-rich zone of the tube serviced for 1. 5 a 从图 1( b) 和( c) 中可以看出，在两个服役炉管 的碳化物贫化区中出现了一些孔洞，这主要由以下 几点因素造成: ( 1) 炉管内壁上氧化膜的形成，致使 合金基体受到氧化膜对它的拉应力作用，容易在贫 化区晶界处产生孔洞; ( 2) 服役炉管存在氧化层、贫 化区、碳化物富集层以及心部基体四个区域，这四个 区域分别具有不同的组织形态，具有不同的热膨胀 系数和力学性质，所以当合金服役过程中受到热应 力作用，发生变形时，各区域的变形不协调，相互阻 碍，应力不能有效释放; ( 3) 炉管服役过程中受到蠕 变应力的作用，炉管的碳化物贫化区中没有析出相， 蠕变抗力较低，因此会在碳化物贫化区中优先出现 蠕变孔洞． 4 结论 ( 1) Cr35Ni45 炉管在高温服役过程中其内壁 出现了氧化层、碳化物贫化区和碳化物富集区三个 区域，其氧化行为包括 Cr 的外氧化和 Si 的内氧化， 且服役过程中外氧化膜发生反复破坏和重建． ( 2) 炉管内壁出现的渗碳行为主要由内表面结 焦引起，外氧化膜的反复破坏加剧了渗碳过程，但基 体含铬量较高，保护性氧化膜在破坏后能重建，故两 个服役条件下的炉管渗碳程度较小． ( 3) 炉管内壁外氧化膜的反复破坏和重建使亚 表层贫铬，导致形成碳化物的临界碳浓度增加，该区 碳化物分解，形成贫碳化物区，分解后多余的碳原子 和由渗碳进入基体的碳原子在贫化区内侧以碳化物 的形式析出，形成碳化物富集区． 参 考 文 献 ［1］ Kaya A A，Krauklis P，Young D J． Microstructure of HK40 alloy after high temperature service in oxidizing /carburizing environ￾ment． Mater Charact，2002，49: 23 ［2］ Khodamorad S H，Ｒezaie H，Sadeghipour A，et al． Analysis of ethylene cracking furnace tubes． Eng Fail Anal，2012，21: 1 ［3］ Voicu Ｒ，Andrieu E，Poquillon D，et al． Microstructure evolution of HP40-Nb alloys during aging under air at 1000 ℃ ． Mater Char￾act，2009，60: 1020 ［4］ Laigo J，Christien F，Le G Ｒ，et al． SEM，EDS，EPMA-WDS and EBSD characterization of carbides in HP type heat resistant al￾loys． Mater Charact，2008，59: 1580 ［5］ Sustaita-Torres I A，Haro-Ｒodríguez S，Guerrero-Mata M P，et al． Aging of a cast 35Cr-45Ni heat resistant alloy． Mater Chem Phys， 2012，133: 1018 ［6］ Shi S，Lippold J C． Microstructure evolution during service expo￾sure of two cast，heat-resisting stainless steels HP-Nb modified and 20-32Nb． Mater Charact，2008，59: 1029 ［7］ Shen L M，Gong J M，Tang J Q，et al． Study on the carburization resistance of Cr25Ni35Nb and Cr35Ni45Nb alloys for ethylene cracking furnace tube at high temperature． J Shanghai Jiaotong Univ，2010，44( 5) : 604 ( 沈利民，巩建鸣，唐建群，等． Cr25Ni35Nb 和 Cr35Ni45Nb 裂解炉管的抗高温渗碳能力． 上海交通大学学报，2010，44 ( 5) : 604) ［8］ Shen L M，Geng L Y，Gong J M． Effects of aging time on me￾chanical properties and microstructure in Cr35Ni45Nb centrifugally cast austenitic steel． J Nanjing Univ Technol Nat Sci Ed，2011， 33( 2) : 28 ( 沈利民，耿鲁阳，巩建鸣． 时效时间对 Cr35Ni45Nb 离心铸 造奥氏体钢力学性能与微观组织的影响． 南京工业大学学报: 自然科学版，2011，33( 2) : 28) ［9］ Piekarski B． Effect of Nb and Ti additions on microstructure and identification of precipitates in stabilized Ni-Cr cast austenitic steels． Mater Charact，2001，47: 181 ［10］ 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，2011，32( 7) : 4010 ［11］ Borjali S，Allahkaram S Ｒ，Khosravi H． Effects of working tem￾perature and carbon diffusion on the microstructure of high pres￾sure heat-resistant stainless steel tubes used in pyrolysis furnaces during service condition． Mater Des，2012，34: 65 ［12］ Swaminathan J，Guguloth K，Gunjan M，et al． Failure analysis and remaining life assessment of service exposed primary reformer heater tubes． Eng Fail Anal，2008，15( 4) : 311 ［13］ Ul-Hamid A，Tawancy H M，Mohammed A Ｒ I，et al． Failure analysis of furnace radiant tubes exposed to excessive tempera￾ture． Eng Fail Anal，2006，13( 6) : 1005 ［14］ Li T F． Metal High Temperature Oxidation and Hot Corrosion． Beijing: Chemical Industry Press，2003: 139 ( 李铁藩． 金属高温氧化和热腐蚀． 北京: 化学工业出版社， 2003: 139) ［15］ Tian S G，Lu X D，Sun Z D． Internal oxidation and internal nit￾ridation of Ni-base alloy with high Cr contents during high tem￾perature exposure． Chin J Nonferrous Met，2012，22( 2) : 408 · 0501 ·