3 . TP347H、Super304H、HR3C的时效析出强化机理[3]

TP347H、Super304H、HR3C的名义化学成分见表2。三种钢材650℃下的持久强度见图2。从强化效果来看，Super304H是三种钢材中最好的，而TP347H则最差。三种钢材的基本组织都是γ基体上分布着纳米级的强化相，晶界有碳化物相析出，起到补充强化的作用。

如图3的高分辨透射电镜照片所示，TP347H以纳米级的MX相（主要是NbC）析出强化为主。

图4所示为Super304H中富Cu相析出在γ基体上进行强化。图5的透射电镜照片可见大约有3%的富Cu相均匀地分布在γ基体上。富Cu相非常稳定并且在650℃，10000h的长期时效过程中仍能保持35nm左右的尺寸（见图6）。如图7所示，大量的纳米级富Cu相起到了卓越的强化效果使得材料保持了良好的抗拉强度和硬度。图8显示了位错与富Cu相的交互作用。

精细的三维原子层析技术（3DAP）分析显示在650℃时Super304H中Cu原子的聚集就发生在仅1h左右这样很短的时效时间（见图9）[4]。650℃时效至100h可以清晰地见到富Cu原子团簇的形成，至500h以上则可以看到富Cu相形成。图10为三维原子层析技术揭示的在Super304H中富Cu相的析出机制[5]。

NbCrN相是HR3C中的重要强化相。图11清楚地显示了700℃，10000h时效后纳米级的NbCrN相的形成。

这些主要的强化相M X 、M X + 富C u 相、MX+NbCrN分别在TP347H、Super304H、HR3C中析出而起到强化作用。显然在MX、富Cu相、NbCrN三种时效析出强化相中，富Cu相具有非常好的稳定性而且有约为3%的含量均匀地分布在γ基体上起到了卓越的强化效果。

开发一种同时具有高强度和良好耐腐蚀/氧化性的新型奥氏体耐热钢的思路就是采用多相复合（MX+富Cu相+NbCrN）强化于一种Fe-Cr-Ni奥氏体钢的γ基体上。这意味着把上述三个钢种的优点集合在一种新型的耐热钢上。

这种思路的实践成果在高分辨透射电镜照片上已经成功地展示出来（见图12）。可以清晰地看到纳米级强化相——MX、富Cu相、NbCrN三种相在650℃，500h时效后的γ基Fe-Cr-Ni奥氏体钢中共存。MX、富Cu相、NbCrN三种强化相的共存使得其强化效果优于MX强化的TP347H、MX+富Cu相强化的Super304H和MX+NbCrN强化的HR3C。

4 . SP2215的开发和生产

基于上述的多相复合强化机理，一种命名为SP2215的新型奥氏体耐热钢已经开发出来。它得益于含有大量的Cr（22%）以保证良好的抗腐蚀/氧化性能和15%的Ni，使得奥氏体基体能保持稳定。这种具有高强度和良好耐腐蚀/氧化性能的奥氏体耐热钢不仅开发出来而且获得了专利[6]。新型奥氏体耐热钢SP2215的名义化学成分列于表3。

SP2215已经被永兴特种不锈钢股份有限公司和江苏武进不锈股份有限公司采用全冶金生产工艺流程来进行常规化的超超临界锅炉过热器/再热器管材的生产。管材生产的全冶金生产流程如图13所示。

整个冶金生产流程进行得很顺利。如图14和图15，220×220mm SP2215锻造钢坯和Φ110mm热轧管坯都获得了优良的结果。图16所示是Φ50.8×9.24mm的成品管材。管材热处理后的晶粒度在ASTM4-5级范围内。其夹杂物判定结果也很好（见图17）。图18则显示了其制作锅炉部件的优良工艺性能。