析出相对保持环用Mn18Cr18N钢力学性能影响研究

发布时间：2020-07-06 12:19

【摘要】：Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢具有强韧性好、耐蚀性好、无磁等诸多优点,成为核主泵飞轮保持环材料的选择。保持环的热套工序要求保持环材料具备优良的热膨胀性能,飞轮保持环完整性的保证要求保持环材料具备优良的力学性能。本文研究了在300℃~900℃保温1~6 h后空冷的Mn18Cr18N钢的微观组织、材料性能(热膨胀性能、显微硬度、强度、断裂韧性),并探讨了析出相对保持环热套的影响以及析出相对飞轮完整性的影响。对微观组织演变规律的研究表明,Mn18Cr18N钢在300℃~800℃保温只会发生回复,在900℃保温会发生再结晶使得晶粒细化。在600℃、700℃保温会有碳化物沿晶界析出,在800℃保温会有大量的氮化物会呈层片状在晶粒内部析出,在900℃保温会有短棒状的σ相弥散分布在晶内、晶界,并且相析出量随保温时间的延长而增大。保温时间越长Mn18Cr18N钢的热膨胀系数越小,在热膨胀试验加热过程中M_(23)C_6的继续析出使膨胀系数变小,Cr_2N的继续析出使膨胀系数变大。在300℃~800℃加热的Mn18Cr18N钢的显微硬度随加热温度的升高大致呈下降趋势。大量的碳化物、氮化物以及σ相的析出均会导致Mn18Cr18N钢的屈服强度下降,900℃保温2 h试样的屈服强度最小,仅为711.73MPa。加热温度越高,材料的屈强比越小,断后伸长率越大。相析出会导致断裂韧性变差,700℃保温2 h试样的断裂韧性为88.53MPa·m1/2,仅为原始材料试样的1/2。600℃保温2 h试样为沿晶的脆性断裂;700℃、800℃保温2 h试样均为准解离断裂;900℃保温2 h试样为韧性断裂。外径为902mm保持环,700℃保温2 h后和800℃保温2 h后在350℃的径向膨胀量均比保温1 h的试样小2 mm左右;相同保温时长,700℃处理的保持环总比800℃处理的保持环在350℃时的膨胀量大。保持环的结构强度随加热温度的升高呈逐渐下降趋势。少量析出相会使保持环的结构强度变高,再结晶均会使其结构强度变小。析出相会导致保持环的应力强度因子增大,安全系数、临界失效转速和临界裂纹尺寸降低。保持环的安全系数、临界失效转速和临界裂纹尺寸随加热温度的升高呈先降低后升高的趋势,其中700℃保温2 h保持环的安全系数、临界失效转速(裂纹尺寸1.6mm)和临界裂纹尺寸最小(转速1875r/min),分别为1.60、2455r/min、4.3mm。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1

【参考文献】

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本文编号：2743623