合金成分設(shè)計(jì)對(duì)含鋁奧氏體耐熱鋼組織和性能的影響
發(fā)布時(shí)間：2021-01-13 01:02
根據(jù)我國(guó)的能源結(jié)構(gòu),發(fā)展高參數(shù)、大容量的超（超）臨界火電機(jī)組和高效的先進(jìn)核能,是目前解決環(huán)境污染與能源供需之間矛盾的主要途徑。為了能夠長(zhǎng)期在高溫、高壓的惡劣環(huán)境下服役,對(duì)發(fā)電機(jī)組和核能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用材料提出了更苛刻的要求。因此,開發(fā)一種具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和抗氧化性能的材料迫在眉睫。含鋁奧氏體耐熱鋼（Alumina-Forming Austenitic Stainless Steel,AFA）由于其具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和抗氧化性能,成為火電和先進(jìn)核能系統(tǒng)中非常有前景的候選材料。目前,含鋁奧氏體耐熱鋼的成分設(shè)計(jì)優(yōu)化主要集中在Nb、Si、C、W、Y、Mo及Cu等微合金元素的調(diào)節(jié),探討其對(duì)高溫抗氧化性能和蠕變性能的影響。但是對(duì)主要合金元素Ni、Cr和A1對(duì)該材料組織和性能的影響研究較少。本文運(yùn)用JMatPro熱力學(xué)計(jì)算軟件對(duì)試驗(yàn)用含鋁奧氏體耐熱鋼進(jìn)行前期成分優(yōu)化設(shè)計(jì),采用真空感應(yīng)熔煉方法制備了不同Ni、Cr和A1含量的含鋁奧氏體鋼。采用拉伸性能、維氏顯微硬度以及沖擊韌性等力學(xué)測(cè)試方法和光學(xué)顯微鏡（Optical Microscope,OM）、掃描電子顯微鏡（Scanning Electron...
【文章來(lái)源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：140 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
圖２－１歐、美、中、日火力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩rｍ??
是強(qiáng)碳化物形成元素，常見ＭＣ型碳化物如ＮｂＣ、ＴｉＣ及Ｖ４Ｃ３［５（），５１］。這種碳??化物的尺寸一般為納米級(jí)，具有面心立方結(jié)構(gòu)，碳原子在晶體點(diǎn)陣中占據(jù)八??面體中心位置，有很高的熱力學(xué)穩(wěn)定性，是一種很好的強(qiáng)化相，如圖２＿３［５２］。??在ＡＦＡ鋼中，主要是添加Ｎｂ來(lái)形成細(xì)小的ＮｂＣ達(dá)到析出強(qiáng)化的效果??［５３］。同時(shí)，應(yīng)避免同時(shí)添加Ｔｉ、Ｖ，因?yàn)闀?huì)破壞Ａ１２０３保護(hù)膜的形成［５４］。此??夕卜，在ＡＦＡ鋼中容易出現(xiàn)較大尺寸的初生ＮｂＣ顆粒，這是由于Ｎｂ的熔點(diǎn)??（２４６８°Ｃ）很高，ＮｂＣ的形成進(jìn)而影響材料的性能。因此，控制納米級(jí)的ＭＣ??或ＭＸ?（Ｍ＝Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ）的分布彌散析出，是提高ＡＦＡ鋼蠕變性能的主要手??段。細(xì)小ＭＣ或ＭＸ相均勻地分布在基體中，在高溫下能夠有效釘扎位錯(cuò)運(yùn)??動(dòng)，顯著提高其蠕變強(qiáng)度［５３］。??｝?２?０?？?７?０?５０?１００?２００?ｈ??￣￣＇?１?ｒ?＇??§?Ｉ?Ｃｒ？Ｃｊ／??＾?０．８?－■?＾??囊」?：二??自?二??＾?ＮｂＣ??＾?０．２?－?￥?二Ｉ一＿一贏?▲一一＊▲—－一??°?０＾￣￣￣ＪＯ?＇ｓｏ?—＾５—￣￣￣９０?７１０??ＣＵＢＥ?ＲＯＯＴ?ＯＦ?ＨＥＡＴＩＮＧ?ＴＩＭＥ
對(duì)于奧氏體鋼而言，Ｃｒ是一資源豐富的元素，Ｎｉ的成本高，故選擇Ｃｒ??為降低合金成本的元素。在Ｃｒ含量較高的情況下，碳化物容易析出，加入??Ｃ很難固溶；在Ｃｒ含量較低的情況下，獲得奧氏體組織需要的Ｃ含量較??，在冷卻過程中易析出碳化物。另外，Ｃ含量高，可以穩(wěn)定奧氏體組織。??次，Ａｌ、Ｃｒ均為鐵素體形成元素，對(duì)奧氏體鋼而言，加入４？６％Ａ１、１０？??５?％Ｃｒ合金會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體和鐵素體雙相組織。另外，Ａｌ、Ｃｒ在奧氏體基體??擴(kuò)散較慢，一定程度上阻礙了致密、連續(xù)的Ａ１２０３保護(hù)膜的形成。由此可??，ＡＦＡ鋼在成分設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮Ｎｉ、Ｃｒ和Ａ１元素的含量對(duì)組織和性能??影響。??在ＡＦＡ鋼的成分?jǐn)U展中，調(diào)節(jié)Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｓｉ和Ｗ等元素的含量。??了獲得室溫奧氏體單相組織，必須優(yōu)化化學(xué)成分以此在固溶處理溫度產(chǎn)生??種熱力學(xué)穩(wěn)定的奧氏體單相結(jié)構(gòu)。本文重點(diǎn)對(duì)合金中主要元素Ｎｉ、Ｃｒ和Ａ１??行調(diào)整，進(jìn)而對(duì)ＡＦＡ鋼的組織進(jìn)行控制，獲得優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和抗氧??性能。奧氏體鋼中各合金元素的作用如下：??１）?Ｃｒ元素??
本文編號(hào)：2973902
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【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
圖２－１歐、美、中、日火力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩rｍ??
是強(qiáng)碳化物形成元素，常見ＭＣ型碳化物如ＮｂＣ、ＴｉＣ及Ｖ４Ｃ３［５（），５１］。這種碳??化物的尺寸一般為納米級(jí)，具有面心立方結(jié)構(gòu)，碳原子在晶體點(diǎn)陣中占據(jù)八??面體中心位置，有很高的熱力學(xué)穩(wěn)定性，是一種很好的強(qiáng)化相，如圖２＿３［５２］。??在ＡＦＡ鋼中，主要是添加Ｎｂ來(lái)形成細(xì)小的ＮｂＣ達(dá)到析出強(qiáng)化的效果??［５３］。同時(shí)，應(yīng)避免同時(shí)添加Ｔｉ、Ｖ，因?yàn)闀?huì)破壞Ａ１２０３保護(hù)膜的形成［５４］。此??夕卜，在ＡＦＡ鋼中容易出現(xiàn)較大尺寸的初生ＮｂＣ顆粒，這是由于Ｎｂ的熔點(diǎn)??（２４６８°Ｃ）很高，ＮｂＣ的形成進(jìn)而影響材料的性能。因此，控制納米級(jí)的ＭＣ??或ＭＸ?（Ｍ＝Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ）的分布彌散析出，是提高ＡＦＡ鋼蠕變性能的主要手??段。細(xì)小ＭＣ或ＭＸ相均勻地分布在基體中，在高溫下能夠有效釘扎位錯(cuò)運(yùn)??動(dòng)，顯著提高其蠕變強(qiáng)度［５３］。??｝?２?０?？?７?０?５０?１００?２００?ｈ??￣￣＇?１?ｒ?＇??§?Ｉ?Ｃｒ？Ｃｊ／??＾?０．８?－■?＾??囊」?：二??自?二??＾?ＮｂＣ??＾?０．２?－?￥?二Ｉ一＿一贏?▲一一＊▲—－一??°?０＾￣￣￣ＪＯ?＇ｓｏ?—＾５—￣￣￣９０?７１０??ＣＵＢＥ?ＲＯＯＴ?ＯＦ?ＨＥＡＴＩＮＧ?ＴＩＭＥ
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