新型奥氏体不锈钢管材的室温力学性能和热疲劳性能的研究

发布时间：2020-06-07 21:38

【摘要】：蒸汽发生器传热管作为超(超)临界火电机组关键部件,其使用温度高达600℃以上,对钢的持久蠕变性能、抗腐蚀性能、热疲劳性能、冷热成形性能及焊接性能提出了极高的要求。铁素体耐热钢成本较低,但使用温度低于600℃,镍基合金高温性能优良,但价格昂贵,一般仅用于700℃以上的机组中。本课题组通过多年研究奥氏体钢的经验,利用多元复合强化原理,在Cr-Ni奥氏体不锈钢基础上优化Ti、N、Cu含量或Al、Nb、Ni含量等,开发了两个系列的奥氏体耐热钢。本研究选取了其中两个高温性能优良的H1与H2钢种,主要研究其穿管后管材的常温力学性能与热疲劳性能,并与800H钢进行比较。通过研究得到以下结论:(1)对穿管后的实验钢进行常温力学性能分析,H1、H2和800H钢均为单一的奥氏体组织,H1实验钢中晶粒细小且存在孪晶,800H实验钢中晶粒较粗大也含有孪晶,H2实验钢晶粒最大,室温下的硬度分别是206.1HV、169.1HV、194.7HV;H1和H2实验钢的拉伸断裂是韧性断裂,800H是剪切断裂,抗拉强度分别为646.5MPa、560.7MPa、547.5MPa,H1断口上未发现夹杂物,H2和800H断口上存在夹杂物;同等冲击条件下,H1实验钢未被冲断,H2和800H实验钢都被冲断,三种实验钢的冲击断裂都属于塑性断裂,冲击吸收能量分别是231.5J、171.2J、140.7J。实验数据表明H1的综合力学性能相对较好,800H钢相对弱些。(2)热疲劳试验中,随着实验温度的升高,裂纹萌生时间缩短,H1的裂纹萌生时间最长,800H的萌生时间最短;裂纹优先在V型缺口处萌生,随着温度升高,晶界也成为裂纹源。同时,裂纹的扩展以沿晶扩展为主,在实验温度较低时,部分裂纹也会穿晶扩展;裂纹的扩展速度随温度升高而加快,H1的扩展速率最小,800H的扩展速率最大。(3)经过对三种实验钢中晶界处的析出物与氧化物分析,其析出物主要是(Cr,Fe)23C6等碳化物和氧化物主要是Cr2O3等,这些析出物与氧化物会影响基体的韧性和晶界结合力,导致裂纹容易在晶界处萌生和扩展。在热疲劳试验之后,其组织仍为单一的奥氏体组织,表面的显微硬度较初始硬度都高出11%以上,实验温度越低,硬化效果越明显。同时,在高温回复条件下,随着上限温度的增加实验钢硬度有所降低。
【图文】：

稀硝酸,铬含量,耐腐蚀性能,铁素体相

江苏大学硕士学位论文中的作用铁素体相区和缩小奥氏体相区，所以对于 Cr 元氏体形成元素（如：Mn，Ni，N）来稳定奥氏σ 相）的含量会随着 Cr 含量的增加而增加[28]，C 等[29-30]，也会与碳元素生成碳化物如23 6Cr C 、C基体结合能并影响实验钢的耐腐蚀性能和塑性[铬对于钢的突出作用，这是因为材料表面会生体不锈钢能够起到不被腐蚀的作用。将不同铬含含量的变化对钢耐腐蚀率的影响图。从图中的曲钢的耐腐蚀性能明显增大。

奥氏体钢,氮含量,强度,火车轴

图 1.2 氮含量与奥氏体钢强度的关系Relationship between nitrogen content and strength of auste史及进展很多种方式，根据材料的受力方式不同，可以分热不同温度的循环变化时，实验钢局部会受到循上表现出疲劳裂纹现象，称为热疲劳[51]。Duhamel 就开始研究材料在受到冷热循环影响的条件有限未能分析的很全面，但他根据合金的受0 年代，Wohler 等人根据火车轴承受到循环热应了应力-疲劳寿命关系[52]。Gerber 一直致力于分响，得到了此二者间的理论关系[53]。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1

【参考文献】