Hastelloy X合金晶界特征分布优化及其对合金性能的影响
发布时间：2020-12-21 15:01
发展新能源是解决有限化石能源的过度消耗及其带来的环境问题的主要途径,近些年来,核电经历了飞速发展,并提出在2030年开始计划建造第四代核反应堆。Hastelloy X（HX）合金作为一种典型的固溶镍基合金,具有优异的抗氧化性、成型性和高温强度,被认为是第四代核电超高温气冷堆热交换器的候选材料。但长期处于高温、应力状态下,晶间腐蚀、晶界氧化等现象时有发生,并诱发裂纹加速扩展,进而导致构件的性能退化和过早失效,成为其应用的主要障碍。为保证核电站的安全运行,需要进一步提高HX合金的使用性能。晶界工程自提出以来,在提高传统金属材料晶界失效抗力方面发挥了巨大作用。将晶界工程的思想应用于HX合金,通过对合金晶界特征分布的优化,可望实现HX合金使用性能的改善。为此,本文立足于晶界工程的概念,研究热机械处理工艺对HX合金晶界结构演化规律的影响,获得最佳工艺条件;并就晶界特征分布对HX合金高温析出行为、抗晶间腐蚀性能、晶界氧化行为及蠕变行为的影响进行深入的探讨。主要研究工作和结果如下:采用冷轧和退火处理的方法分别研究了热机械加工过程中冷轧压下量、退火温度、退火时间和加工道次对合金晶界特征分布演化的影响规...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1. 绪论
1.1 研究背景
1.2 材料使用过程中组织变化及失效行为
1.2.1 材料的高温析出行为及热稳定性
1.2.2 晶间腐蚀过程及其控制
1.2.3 多晶材料的高温氧化行为
1.2.4 多晶材料的高温蠕变性能
1.3 多晶材料的晶界
1.3.1 晶界的晶体学描述
1.3.2 晶界网络
1.3.3 晶界能及与晶界迁移的关系
1.4 晶界工程
1.4.1 晶界工程概念的提出及发展
1.4.2 晶界网络重构机制
1.4.3实现晶界工程的主要工艺方法
1.4.4 晶界工程对材料性能的影响
1.5 本论文研究工作的目的及主要内容
2. 实验方法及原理
2.1 实验流程
2.2 实验材料
2.3 热机械加工处理
2.3.1 固溶处理
2.3.2 冷轧结合退火处理
2.3.3 多步冷轧退火处理
2.4 晶间性能测试方法
2.4.1 高温晶界析出行为测试
2.4.2 电化学测试
2.4.3 硫酸硫酸铁晶间腐蚀实验
2.4.4 氧化性能测试
2.4.5 高温蠕变性能测试
2.5 分析测试方法
2.5.1 显微组织观察及形貌观察
2.5.2 晶界取向关系测定
2.5.3 物相分析
3. HX合金的晶界特征分布优化
3.1 实验设计
3.2 单步冷轧退火对HX合金晶界特征分布的影响
3.2.1 冷轧量对HX合金晶界特征分布的影响
3.2.2 退火处理对HX合金晶界特征分布的影响
3.3 多步冷轧退火对HX合金晶界特征分布的影响
3.4 不同热机械处理工艺在调整晶界特征分布中的影响
3.5 小结
4. 晶界特征分布对HX合金高温析出行为的影响
4.1 HX合金850℃下的析出行为
4.2 晶界特征分布对析出行为的影响
4.3 晶界特征分布的高温热稳定性
4.4 小结
5. 晶界特征分布对HX合金晶间腐蚀性能的影响
5.1 晶界特征分布对材料腐蚀敏感性的影响
5.2 晶界优化前后材料的抗晶间腐蚀性能对比研究
5.3 晶界特征分布在抑制晶间腐蚀过程中的作用
5.4 晶界特征分布抑制晶间腐蚀的机理
5.5 小结
6. 晶界特征分布对HX合金高温氧化性能的影响
6.1 氧化初期不同温度条件下的晶界氧化规律及机理分析
6.2 晶界特征分布对高温氧化膜的形成及结构的影响
6.3 晶界特征分布对内氧化的影响
6.4 内氧化过程中晶界-析出相-孔洞-氧化的关系
6.5 小结
7. HX合金高温蠕变行为及晶界特征分布对其影响
7.1 HX合金高温蠕变行为
7.1.1 950℃-30MPa条件下HX合金的蠕变行为
7.1.2 敏化条件下HX合金的蠕变行为
7.2 晶界特征分布对HX合金高温蠕变性能的影响
7.2.1 热机械加工处理后HX合金的高温蠕变性能
7.2.2 热机械加工处理后HX合金高温蠕变性能未提高原因分析
7.2.3 高温蠕变样品晶界结构再调控探索研究
7.3 小结
8. 全文总结
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]晶界工程对于改善304奥氏体不锈钢焊接热影响区耐晶间腐蚀性能的影响[J]. 杨辉,夏爽,张子龙,赵清,刘廷光,周邦新,白琴. 金属学报. 2015(03)
[2]304L不锈钢钝化膜半导体性能研究[J]. 李金波,郑茂盛,朱杰武. 腐蚀科学与防护技术. 2006(05)
[3]3种高温合金的蠕变-疲劳交互作用行为及寿命预测[J]. 陈立佳,吴崴,P．K．Liaw. 金属学报. 2006(09)
[4]冷轧变形Pb-Ca-Sn-Al合金在回复和再结晶过程中的晶界特征分布[J]. 王卫国,周邦新,冯柳,张欣,夏爽. 金属学报. 2006(07)
[5]金属晶界在高温氧化中的作用[J]. 李铁藩. 中国腐蚀与防护学报. 2002(03)
[6]Astroloy合金弯曲晶界对蠕变断裂特性的影响[J]. 郭桂雄,蔡其巩,申辉旺. 金属学报. 1983(06)
本文编号：2930025
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1. 绪论
1.1 研究背景
1.2 材料使用过程中组织变化及失效行为
1.2.1 材料的高温析出行为及热稳定性
1.2.2 晶间腐蚀过程及其控制
1.2.3 多晶材料的高温氧化行为
1.2.4 多晶材料的高温蠕变性能
1.3 多晶材料的晶界
1.3.1 晶界的晶体学描述
1.3.2 晶界网络
1.3.3 晶界能及与晶界迁移的关系
1.4 晶界工程
1.4.1 晶界工程概念的提出及发展
1.4.2 晶界网络重构机制
1.4.3实现晶界工程的主要工艺方法
1.4.4 晶界工程对材料性能的影响
1.5 本论文研究工作的目的及主要内容
2. 实验方法及原理
2.1 实验流程
2.2 实验材料
2.3 热机械加工处理
2.3.1 固溶处理
2.3.2 冷轧结合退火处理
2.3.3 多步冷轧退火处理
2.4 晶间性能测试方法
2.4.1 高温晶界析出行为测试
2.4.2 电化学测试
2.4.3 硫酸硫酸铁晶间腐蚀实验
2.4.4 氧化性能测试
2.4.5 高温蠕变性能测试
2.5 分析测试方法
2.5.1 显微组织观察及形貌观察
2.5.2 晶界取向关系测定
2.5.3 物相分析
3. HX合金的晶界特征分布优化
3.1 实验设计
3.2 单步冷轧退火对HX合金晶界特征分布的影响
3.2.1 冷轧量对HX合金晶界特征分布的影响
3.2.2 退火处理对HX合金晶界特征分布的影响
3.3 多步冷轧退火对HX合金晶界特征分布的影响
3.4 不同热机械处理工艺在调整晶界特征分布中的影响
3.5 小结
4. 晶界特征分布对HX合金高温析出行为的影响
4.1 HX合金850℃下的析出行为
4.2 晶界特征分布对析出行为的影响
4.3 晶界特征分布的高温热稳定性
4.4 小结
5. 晶界特征分布对HX合金晶间腐蚀性能的影响
5.1 晶界特征分布对材料腐蚀敏感性的影响
5.2 晶界优化前后材料的抗晶间腐蚀性能对比研究
5.3 晶界特征分布在抑制晶间腐蚀过程中的作用
5.4 晶界特征分布抑制晶间腐蚀的机理
5.5 小结
6. 晶界特征分布对HX合金高温氧化性能的影响
6.1 氧化初期不同温度条件下的晶界氧化规律及机理分析
6.2 晶界特征分布对高温氧化膜的形成及结构的影响
6.3 晶界特征分布对内氧化的影响
6.4 内氧化过程中晶界-析出相-孔洞-氧化的关系
6.5 小结
7. HX合金高温蠕变行为及晶界特征分布对其影响
7.1 HX合金高温蠕变行为
7.1.1 950℃-30MPa条件下HX合金的蠕变行为
7.1.2 敏化条件下HX合金的蠕变行为
7.2 晶界特征分布对HX合金高温蠕变性能的影响
7.2.1 热机械加工处理后HX合金的高温蠕变性能
7.2.2 热机械加工处理后HX合金高温蠕变性能未提高原因分析
7.2.3 高温蠕变样品晶界结构再调控探索研究
7.3 小结
8. 全文总结
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]晶界工程对于改善304奥氏体不锈钢焊接热影响区耐晶间腐蚀性能的影响[J]. 杨辉,夏爽,张子龙,赵清,刘廷光,周邦新,白琴. 金属学报. 2015(03)
[2]304L不锈钢钝化膜半导体性能研究[J]. 李金波,郑茂盛,朱杰武. 腐蚀科学与防护技术. 2006(05)
[3]3种高温合金的蠕变-疲劳交互作用行为及寿命预测[J]. 陈立佳,吴崴,P．K．Liaw. 金属学报. 2006(09)
[4]冷轧变形Pb-Ca-Sn-Al合金在回复和再结晶过程中的晶界特征分布[J]. 王卫国,周邦新,冯柳,张欣,夏爽. 金属学报. 2006(07)
[5]金属晶界在高温氧化中的作用[J]. 李铁藩. 中国腐蚀与防护学报. 2002(03)
[6]Astroloy合金弯曲晶界对蠕变断裂特性的影响[J]. 郭桂雄,蔡其巩,申辉旺. 金属学报. 1983(06)
本文编号：2930025
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