电站用钢往往会由于晶界析出而造成蠕变破坏,由于这种晶界析出物很轻易成为晶界孔穴和显微裂纹的形核点。作为晶界析出物的M23C6碳化物的形成还可能造成晶界贫铬区,从而使材料对腐蚀破坏敏感。由于非常高的晶粒粗化速率,这种析出物会在蠕变后阶段造成蠕变寿命的缩短。英国冶金学者考虑在电站用铁素体及奥氏体钢中,将Hf作为一种潜伏的不锈钢添加剂来改善蠕变和腐蚀性能。研究所采用的铁素体不锈钢E911的化学成分为:Fe-0.115C-0.19Si-0.35Mn-0.007P-0.003S-9.10Cr-1.00Mo-0.22Ni-0.23V-0.006Al-0.069Nb-0.98W-0.069N(wt%);所采用的奥氏体不锈钢316L的化学成分为:Fe-0.7C-0.31Si-1.8Mn-0.002P-0.02S-16.4Cr-2.14Mo-11.8Ni-0.02Cu-0.01Nb-0.001B-0.06N。
研究表明,在电站用铁素体及奥氏体钢中添加Hf可以明显改变钢的显微组织、增加MX类颗粒的百分比,改善材料的蠕变和腐蚀性能。在钢中形成了两种新的析出物:碳化铪和富含Cr-V的氮化物M2N。用聚光束衍射技术和显微分析术鉴别出碳化铪颗粒的存在。与传统的电站用铁素体不锈钢中的VN相比,这种纳米尺寸级颗粒的体积百分数更高。进一步的研究确认,Hf可以往除晶界上的M23C6碳化物,进步基材内的Cr浓度,缩小晶界上的贫铬区,进步抗晶间腐蚀性能。
目前已生产出了含Hf的E911钢,并确定其有与E911钢相似的显微组织、耐腐蚀性能、蠕变寿命和断裂强度,说明添加相对少量的Hf对于改善材料的蠕变和抗腐蚀性能、开发和生产新型电站用钢非常有用。