合金成分设计对含铝奥氏体耐热钢组织和性能的影响
发布时间：2021-01-13 01:02
根据我国的能源结构,发展高参数、大容量的超（超）临界火电机组和高效的先进核能,是目前解决环境污染与能源供需之间矛盾的主要途径。为了能够长期在高温、高压的恶劣环境下服役,对发电机组和核能系统结构用材料提出了更苛刻的要求。因此,开发一种具有优异的高温力学性能和抗氧化性能的材料迫在眉睫。含铝奥氏体耐热钢（Alumina-Forming Austenitic Stainless Steel,AFA）由于其具有优异的高温力学性能和抗氧化性能,成为火电和先进核能系统中非常有前景的候选材料。目前,含铝奥氏体耐热钢的成分设计优化主要集中在Nb、Si、C、W、Y、Mo及Cu等微合金元素的调节,探讨其对高温抗氧化性能和蠕变性能的影响。但是对主要合金元素Ni、Cr和A1对该材料组织和性能的影响研究较少。本文运用JMatPro热力学计算软件对试验用含铝奥氏体耐热钢进行前期成分优化设计,采用真空感应熔炼方法制备了不同Ni、Cr和A1含量的含铝奥氏体钢。采用拉伸性能、维氏显微硬度以及冲击韧性等力学测试方法和光学显微镜（Optical Microscope,OM）、扫描电子显微镜（Scanning Electron...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１欧、美、中、日火力发电技术的发展状况ｍ??
是强碳化物形成元素，常见ＭＣ型碳化物如ＮｂＣ、ＴｉＣ及Ｖ４Ｃ３［５（），５１］。这种碳??化物的尺寸一般为纳米级，具有面心立方结构，碳原子在晶体点阵中占据八??面体中心位置，有很高的热力学稳定性，是一种很好的强化相，如图２＿３［５２］。??在ＡＦＡ钢中，主要是添加Ｎｂ来形成细小的ＮｂＣ达到析出强化的效果??［５３］。同时，应避免同时添加Ｔｉ、Ｖ，因为会破坏Ａ１２０３保护膜的形成［５４］。此??夕卜，在ＡＦＡ钢中容易出现较大尺寸的初生ＮｂＣ颗粒，这是由于Ｎｂ的熔点??（２４６８°Ｃ）很高，ＮｂＣ的形成进而影响材料的性能。因此，控制纳米级的ＭＣ??或ＭＸ?（Ｍ＝Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ）的分布弥散析出，是提高ＡＦＡ钢蠕变性能的主要手??段。细小ＭＣ或ＭＸ相均匀地分布在基体中，在高温下能够有效钉扎位错运??动，显著提高其蠕变强度［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
对于奥氏体钢而言，Ｃｒ是一资源丰富的元素，Ｎｉ的成本高，故选择Ｃｒ??为降低合金成本的元素。在Ｃｒ含量较高的情况下，碳化物容易析出，加入??Ｃ很难固溶；在Ｃｒ含量较低的情况下，获得奥氏体组织需要的Ｃ含量较??，在冷却过程中易析出碳化物。另外，Ｃ含量高，可以稳定奥氏体组织。??次，Ａｌ、Ｃｒ均为铁素体形成元素，对奥氏体钢而言，加入４？６％Ａ１、１０？??５?％Ｃｒ合金会转变为奥氏体和铁素体双相组织。另外，Ａｌ、Ｃｒ在奥氏体基体??扩散较慢，一定程度上阻碍了致密、连续的Ａ１２０３保护膜的形成。由此可??，ＡＦＡ钢在成分设计时应综合考虑Ｎｉ、Ｃｒ和Ａ１元素的含量对组织和性能??影响。??在ＡＦＡ钢的成分扩展中，调节Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｓｉ和Ｗ等元素的含量。??了获得室温奥氏体单相组织，必须优化化学成分以此在固溶处理温度产生??种热力学稳定的奥氏体单相结构。本文重点对合金中主要元素Ｎｉ、Ｃｒ和Ａ１??行调整，进而对ＡＦＡ钢的组织进行控制，获得优异的高温力学性能和抗氧??性能。奥氏体钢中各合金元素的作用如下：??１）?Ｃｒ元素??
本文编号：2973902
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１欧、美、中、日火力发电技术的发展状况ｍ??
是强碳化物形成元素，常见ＭＣ型碳化物如ＮｂＣ、ＴｉＣ及Ｖ４Ｃ３［５（），５１］。这种碳??化物的尺寸一般为纳米级，具有面心立方结构，碳原子在晶体点阵中占据八??面体中心位置，有很高的热力学稳定性，是一种很好的强化相，如图２＿３［５２］。??在ＡＦＡ钢中，主要是添加Ｎｂ来形成细小的ＮｂＣ达到析出强化的效果??［５３］。同时，应避免同时添加Ｔｉ、Ｖ，因为会破坏Ａ１２０３保护膜的形成［５４］。此??夕卜，在ＡＦＡ钢中容易出现较大尺寸的初生ＮｂＣ颗粒，这是由于Ｎｂ的熔点??（２４６８°Ｃ）很高，ＮｂＣ的形成进而影响材料的性能。因此，控制纳米级的ＭＣ??或ＭＸ?（Ｍ＝Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ）的分布弥散析出，是提高ＡＦＡ钢蠕变性能的主要手??段。细小ＭＣ或ＭＸ相均匀地分布在基体中，在高温下能够有效钉扎位错运??动，显著提高其蠕变强度［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
对于奥氏体钢而言，Ｃｒ是一资源丰富的元素，Ｎｉ的成本高，故选择Ｃｒ??为降低合金成本的元素。在Ｃｒ含量较高的情况下，碳化物容易析出，加入??Ｃ很难固溶；在Ｃｒ含量较低的情况下，获得奥氏体组织需要的Ｃ含量较??，在冷却过程中易析出碳化物。另外，Ｃ含量高，可以稳定奥氏体组织。??次，Ａｌ、Ｃｒ均为铁素体形成元素，对奥氏体钢而言，加入４？６％Ａ１、１０？??５?％Ｃｒ合金会转变为奥氏体和铁素体双相组织。另外，Ａｌ、Ｃｒ在奥氏体基体??扩散较慢，一定程度上阻碍了致密、连续的Ａ１２０３保护膜的形成。由此可??，ＡＦＡ钢在成分设计时应综合考虑Ｎｉ、Ｃｒ和Ａ１元素的含量对组织和性能??影响。??在ＡＦＡ钢的成分扩展中，调节Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｓｉ和Ｗ等元素的含量。??了获得室温奥氏体单相组织，必须优化化学成分以此在固溶处理温度产生??种热力学稳定的奥氏体单相结构。本文重点对合金中主要元素Ｎｉ、Ｃｒ和Ａ１??行调整，进而对ＡＦＡ钢的组织进行控制，获得优异的高温力学性能和抗氧??性能。奥氏体钢中各合金元素的作用如下：??１）?Ｃｒ元素??
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