GH3535耐蚀Ni基高温合金组织与性能研究

发布时间：2018-01-22 07:47

  本文关键词： 高温合金 长期时效 微观组织与性能 腐蚀 氧化　出处：《大连理工大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：能源的日益紧张以及传统核反应堆的安全问题,使具有固有安全属性的熔盐反应堆成为最具前景的第四代反应堆,受到世界各国关注。Hastelloy N合金作为熔盐反应堆堆芯容器和回路管道等关键结构件的唯一备选材料而备受关注。该合金最初由美国研发出来,但由于政治原因,美国已于上世纪70年代中止了该合金的相关研究,其技术水平仍停留在上世纪六七十年代,尚存在诸多问题。本文在Hastelloy N合金的基础上,研发出一种性能更优的GH3535耐蚀Ni基高温合金,系统研究了热处理制度、微量元素对GH3535合金组织和性能的影响,探讨了GH3535合金在700℃长期时效10000h过程中的组织和性能稳定性,深入分析了GH3535合金的抗氧化性能和抗FLiNaK熔盐腐蚀性能。主要研究内容及结论如下：(1)研究了热处理对合金组织和持久性能的影响。结果表明：固溶处理影响晶粒尺寸以及碳化物的分布和含量。固溶处理后晶粒长大,碳化物的分布由晶界转为晶内。当温度达到1220℃时,初生M6C碳化物出现大量溶解,数量显著下降。经900℃/2h时效处理后,沿晶界析出与基体共格的M12C型碳化物。持久实验过程中,有细小颗粒状碳化物沿晶界析出。650℃/320MPa测试条件下析出的碳化物尺寸小,数量少,对持久性能影响不大；而700℃/240MPa测试条件下,大量颗粒状碳化物沿晶界析出,尺寸和数量均接近900℃/2h时效处理样品,对持久性能影响显著。650℃/320MPa测试条件下,持久寿命和延伸率在固溶处理后显著降低,并随固溶温度的提高而下降,时效后样品的持久寿命和延伸率显著提高；而当测试条件为700℃/240MPa时,持久寿命在固溶处理后显著提高,并随固溶处理温度的升高而先增加后在1220℃时显著下降。时效处理后持久寿命及延伸率在两组测试条件下均得到提高,但650℃/320MPa测试条件下提高更显著。合金持久性能的变化与晶粒尺寸长大、初生M6C碳化物回溶及二次碳化物M12C的析出有关。本实验揭示了GH3535合金的等强温度在650℃-700℃之间,当使用温度超过700℃时,适宜选择大晶粒；而当使用温度低于650℃时,则适宜选择小晶粒。(2)研究了C元素对GH3535合金组织和性能的影响规律。结果表明：C含量越高,碳化物越多,在高温热处理过程中的晶粒尺寸长大幅度越小。碳化物对合金晶粒尺寸长大有显著抑制作用。GH3535合金的持久寿命随C含量增加而提高,延伸率和冲击性能随C含量的增加而下降。GH3535合金最佳碳含量为0.04wt.%～0.06wt.%。(3)研究了Si元素对GH3535合金在700℃长期时效10000h过程中组织和性能的影响。结果表明：Si影响GH3535合金在700℃长期时效过程中二次碳化物的析出类型,有Si添加合金析出的是与基体共格的M12C型富Mo碳化物；而无Si添加合金析出的是M6C型碳化物。两种合金中的二次碳化物析出量均随时效时间的延长而增加,在1000h达到峰值后,无显著增加。两种合金的持久寿命和延伸率均随时效时间的延长而增加,并在1000h达到峰值,继续延长时效时间,含Si合金性能变化不大而无Si合金性能显著下降。含Si合金二次析出的M12C型碳化物与基体界面结合力更强,能够有效阻碍裂纹扩展,并提高合金的持久寿命和延伸率,适量(0.45wt.%)的Si添加对合金长期时效过程中的持久性能有益。(4)对比分析了GH3535合金在700℃和900℃的恒温和循环氧化行为。结果表明：合金在700℃和900℃恒温氧化过程中,Mn. Si元素扩散进入氧化膜,形成尖晶石结构的氧化物,对氧化性能有益。氧化速率逐渐降低并趋于平缓。氧化500h后,合金表面形成了连续致密的Cr203保护性氧化膜,合金表面氧化膜均无剥落。在循环氧化过程中,由于氧化层与基体热膨胀系数的差异,造成氧化层剥离,使大量Mo元素参与氧化,而Mo的氧化物不具保护性,合金表面无法形成连续致密的Cr2O3保护性氧化膜,抗氧化性能急剧下降,在900℃循环氧化条件下甚至出现了加速氧化现象。(5)研究了GH3535合金在700℃熔融FLiNaK熔盐中的腐蚀行为,以及Al2O3涂层对GH3535合金抗熔盐腐蚀性能的影响。结果表明,GH3535合金在熔盐中主要发生Mo、 Cr的脱溶腐蚀。Al2O3涂层在FLiNaK熔盐中发生溶解,导致合金表面形成腐蚀电池而加速了合金的腐蚀。
[Abstract]:In this paper , the effects of heat treatment on microstructure and properties of GH3535 alloy have been studied . The effects of C elements on microstructure and properties of GH3535 alloy have been studied . The results show that the higher the content of C , the more carbides are deposited in the process of high temperature heat treatment .

【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG132.3

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