基于结构单元模型的HR3C钢晶界碳化物析出行为研究

发布时间：2020-05-22 19:17

【摘要】：随着超超临界(USC)燃煤发电技术的发展,以及人类共同面临的环境问题日益严峻,提高发电效率和减少CO_2排放成为火力发电领域的两大主题。超超临界燃煤发电机组中高温高压的服役环境对结构材料的性能提出了更为苛刻的要求。HR3C钢因其具有高蠕变强度、热疲劳强度、可焊性、耐火侧腐蚀以及耐蒸汽侧氧化和剥落等性质,成为超超临界锅炉中应用较为广泛的过热器和再热器材料。然而,在长期服役过程中,碳化物沿晶界连续链状析出显著增加了HR3C钢脆性,给超超临界电站的安全服役带来安全隐患。因此,从晶界碳化物的析出行为角度研究HR3C钢的脆性问题,对改善HR3C钢以及相关材料的服役脆化问题具有重要意义。本文基于结构单元模型对晶界结构与碳化物的相关性进行了理论分析,并探索了一种形变热处理工艺改变HR3C钢晶界取向,从而改变晶界碳化物析出行为:利用结构单元模型和原子密度径向分布函数分析了8种对称倾斜晶界和3种碳化物结构间的相似性,并运用分子动力学模拟计算了这些晶界上单个C原子的形成能。结果表明,Cr_(23)C_6和Cr_7C_3碳化物具有与晶界更相似的结构;晶界角在20-50°之间时,晶界和碳化物间的结构相似程度较高;而接近60°时,晶界和碳化物间的相似程度较低。分子动力学结果表明,当晶界角在20-50°之间时,C原子更容易向晶界偏聚;而当晶界角接近60°时,C原子向晶界迁移的趋势减弱。在理论研究的基础上,实施形变热处理工艺改变HR3C钢中晶界碳化物析出状态。随后分析形变量、热处理温度和热处理时间对HR3C钢组织的影响,并用EBSD表征了样品的晶界取向分布。研究发现,经过形变热处理工艺后晶界碳化物不连续析出;晶界角小于20°和大于50°的晶界所占比例升高,而20-50°之间的晶界所占比例显著降低。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621;TG142.1

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本文编号：2676472