核电用镍基合金组织与性能研究

发布时间：2020-11-17 05:11

　　 核能发电相比与其他能源优势凸显,我国在核电技术上已位于国际领先水平,但国内蒸发器主要高温部件合金制备工艺技术,并不能满足核电的安全要求,制约了我国核电发展自主化。Inconel 625合金耐蚀抗氧化性能、高温持久强度优异,是核电蒸发器关键部件的理想材料,广泛应用于核电火电、石油化工及海洋工程等领域。本论文在ASTM B443 N06625成分的基础上降低铁元素含量,得到超低铁Inconel 625合金(0Cr22Ni63Mo10Nb4),研究其热处理工艺,表征组织对性能的影响,测试耐腐蚀、抗氧化、高温持久性能,综合分析性能,为工程应用提供参考。通过草酸电解腐蚀结合晶粒度及合金硬度,确定了超低铁Inconel 625合金的热处理工艺:锻态合金经1140?C×4h固溶处理,组织均匀,第二相充分溶入,合金硬度172.0HV10,平均晶粒尺寸38.7μm,腐蚀失重速率为4.97kg·(m~2·h)~(-1);随后1000?C×6h稳定化处理,细小的(Nb,Ti)C于晶界、晶内均匀析出,合金硬度186.1HV10,750?C保温处理后,腐蚀失重速率为4.89kg·(m~2·h)~(-1)。合金在此工艺下可获得良好的耐蚀性能、力学性能及适宜的晶粒度。经稳定化处理后合金有着优异的耐蚀抗氧化性能:高温氧化中表面迅速生成Cr_2O_3、NiCr_2O_4氧化膜,抑制氧化向材料内部进行;在345?C/15.5MPa亚临界一回路水腐蚀氧化实验中,NiCr_2O_4氧化膜生长缓慢,加之环境中的铁元素沉积,样品增重,1500h内平均增重速率7.475×10~(-2)μg/(cm~2·h)。超低铁Inconel 625合金有着优于ASTM B443 N06625技术要求的750?C持久拉伸性能:R 178MPa,R 120MPa。持久拉伸过程中,?相断裂破碎或被弯曲成弓形,呈现出一定塑韧性;由于晶界析出物与基体撕裂脱离形成晶间疏松,并逐步发展成为孔隙或裂纹,最终导致断裂。样品断后延伸率A_t均大于20%,断口被氧化物覆盖,呈沿晶断裂的特征。综合运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、冲击试验机及全自动HV硬度计等研究分析750?C长期时效对超低铁Inconel 625合金组织与性能的影响。固溶态(1140?C×4h)合金,时效10h,可见晶界碳化物析出呈连续薄膜状,在晶内可见细小γ'相;时效60h发生γ'→?相退化转变,时效1000h针片状?-Ni_3Nb相遍布整个晶粒,2000h后组织趋于稳定;时效过程中晶界碳化物多为富铬的M_(23)C_6型和富钼的M_6C型碳化物。稳定化态(1140?C×4h+1000?C×6h)合金,时效20hγ'相在晶界孪晶界析出,于200h发生γ'→?相退化转变,时效3000h针片状?相遍布整个晶粒;时效4000h后组织趋于稳定;断续分布的晶界碳化物粗化缓慢,以(Nb,Ti)C、富钼的M_6C型碳化物为主,并伴有M_(23)C_6型碳化物。稳定化处理推迟了长期时效过程中γ'与?相形成及生长及碳化物的析出与转变,随时效时间延长,稳定化态合金硬度的提高及合金塑韧性的下降缓慢;在ASTM G28A酸性硫酸铁浸蚀实验中,时效过程中晶界碳化物析出形成合金元素贫化区,晶界析出相及交错δ相溶解使试样发生晶粒脱落导致失重,相比于固溶态,稳定化态合金腐蚀失重随时效时间提高缓慢。
【学位单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM623
【部分图文】：

江苏科技大学工学硕士学位论文出、δ 相析出以及 γ''→δ-Ni3Nb 退化转变，在 L.M. Suave,见不同的最终热处理状态会明显影响合金的时效析出行为迟了时效析出过程[20]。此外，Ni2(Cr, Mo)的形成[31]，MC→ 物转变，生成拓扑密排相(TCP)都会发生在时效过程中，这响合金材料的力学性能及耐蚀性能。

图 1.2 γ-Ni-NbC-Laves(γ-Ni 角)伪三元相图.2 Pseudo-ternary phase diagram of γ-Ni-NbC-Laves(γ-Ni 图 1.3 Ni-(Fe+Cr)-(Nb+Mo+Si)伪三元相图. 1.3 Pseudo-ternary phase diagram of Ni-(Fe+Cr)-(Nb+Mo作为新一代高强度耐腐蚀高温合金，有着优异的165MPa，是目前诸多行业关注的热点。本论文在3625 和 NS336 成分的基础上进行优化，降低铁元

从一定角度上来说，在合理范围适当提高向，同时细小的 NbC 可阻碍晶粒粗化。Cr, Mo 元Nb, Mo 元素是高温强度的重要保障，而(Fe, Cres 相减小，因此降低 Fe 元素含量既不会对关键性成。图 1.2 γ-Ni-NbC-Laves(γ-Ni 角)伪三元相图1.2 Pseudo-ternary phase diagram of γ-Ni-NbC-Laves(γ-Ni
【参考文献】

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本文编号：2887122