HR3C耐热钢在高温蠕变过程中微观组织演变分析

发布时间：2017-12-04 12:00

本文关键词：HR3C耐热钢在高温蠕变过程中微观组织演变分析

【摘要】：由于全球能源的枯竭及温室效应等环境问题日益突出，具有更高发电效率的超临界和超超临界机组将是未来发电机组发展的必然趋势。超临界机组和超超临界机组服役的工作环境更加苛刻，这就需要超临界机组和超超临界机组用钢具有更加良好的高温力学性能和高温抗氧化性能。 HR3C奥氏体耐热不锈钢因其良好的高温抗氧化性能和高温力学性能，被广泛用于制备超临界机组和超超临界机组的过热器和再热器。然而该合金长时间在高温环境条件下服役会析出大量的第二相，对材料的高温力学性能和使用寿命产生很大的影响。因此HR3C高温运行条件下微观组织演化与力学性能间关系一直是研究者关注的热点。已有研究表明HR3C经长时间在600℃~750℃时效处理后，将会从奥氏体中析出各种类型的析出物，并且随着时效时间的延长，其析出相的位置、数量、大小、形貌、分布等均会发生变化，温度、成分、载荷、介质、组织以及工况条件都和微观组织演变密切相关。目前，对HR3C的研究仍集中于500℃~800℃条件下短期时效过程中各种析出相的析出规律。然而对于HR3C来讲，主要运行于较高的温度和内部气体压力的工况条件，长期在此条件下服役，保持足够的强度和组织稳定性是其安全、有效运行的必要保证。因此在一定温度条件下的对HR3C施加应力的高温蠕变试验更加接近于其实际工况条件。本研究对HR3C奥氏体耐热不锈钢在700℃环境和六种不同应力作用下进行高温蠕变试验，利用OM、XRD、EDS和SEM对蠕变试验断裂后的HR3C奥氏体耐热不锈钢的微观组织变化、析出相析出规律和裂纹开裂、扩展机制等进行了研究。研究结果表明：HR3C的原始态组织为固溶状态，组织为单一的奥氏体，基体中仅存在一种有细小、弥散的CrNbN；随着蠕变时间的延长，从奥氏体晶界析出大量脆性的(Fe,Cr)23C6类型的析出相，当蠕变时间到达5986h，这种析出相将转化成σ相和G；CrNbN会不断在晶粒内部析出，但是它们的尺寸始终保持稳定；在高温蠕变试验达到1489h，在晶粒内部开始析出σ相。在高温蠕变试验中，影响试样断裂的因素是不一样的。在较小应力（应力小于110MPa）作用下，，引起HR3C断裂的主要因素是沿晶界析出的脆性析出相(Fe,Cr)23C6，其属于沿晶断裂。在较大应力（应力大于130MPa）作用下，影响HR3C断裂的主要因素为应力的大小，试样首先产生塑形变形，塑形变形到一定程度即断裂，此时的断裂方式属于穿晶断裂。比较变形与未变形的晶粒晶界处的析出相，表明应力集中带来的晶粒变形将会加剧析出相的析出。晶粒尺寸大小不同，也会对析出相的析出产生影响，总体来看，小晶粒的晶界更容易析出析出相。高温蠕变试样组织为不完全动态再结晶组织，表层组织的大小晶粒的配比会影响到裂纹萌生、扩展及其高温蠕变寿命；当表层具有一定数量的大尺寸晶粒围绕着小尺寸聚集区时，有利于抑制裂纹的萌生和扩展，从而提高材料的高温蠕变寿命。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.73

【参考文献】

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1 胡平;超(超)临界火电机组锅炉材料的发展[J];电力建设;2005年06期

2 徐通模,袁益超,陈干锦,邵国桢;超大容量超超临界锅炉的发展趋势[J];动力工程;2003年03期

3 肖汉才,周臻;超临界机组和超超临界机组的优势及在我国大力发展的广阔前景[J];电站系统工程;2004年05期

4 陆燕荪;;从超临界机组的发展透视研发新材料的紧迫性[J];发电设备;2006年03期

5 武灿明;李保成;武煌;;奥氏体钢中裂纹尖端塑性区结构及其扩展方式[J];太原机械学院学报;1988年04期

6 方园园;赵杰;李晓娜;;HR3C钢高温时效过程中的析出相[J];金属学报;2010年07期

7 曹铁山;方旭东;程从前;赵杰;;应力松弛方法研究2种HR3C耐热钢的高温蠕变行为[J];金属学报;2014年11期

8 陈听宽;;超临界与超超临界锅炉技术的发展与研究[J];世界科技研究与发展;2005年06期

9 杨庆祥，王爱荣，廖波，姚枚;60CrMnMo钢热疲劳裂纹生成与长大及稀土的作用[J];中国稀土学报;1996年02期

10 ;Microstructure and Mechanical Properties of High Manganese TRIP Steel[J];Journal of Iron and Steel Research(International);2012年04期