發(fā)布時(shí)間：2020-10-24 15:51

　　 TP347H作為經(jīng)典的18-8型奧氏體耐熱不銹鋼,因其良好的抗晶間腐蝕能力、較高的蠕變強(qiáng)度和穩(wěn)定的抗氧化能力,經(jīng)常被用作火力機(jī)組中的過(guò)熱器、再熱器等高溫高壓部件。在對(duì)一批服役態(tài)TP347H管材進(jìn)行失效分析后,發(fā)現(xiàn)該管發(fā)生晶界氧化,并促進(jìn)其沿晶開(kāi)裂,降低了合金的力學(xué)性能。其一,晶界氧化有異于尋常研究的高溫氧化;其二,晶界氧化破壞晶界完整性且削弱晶界性能。因而,對(duì)服役環(huán)境下TP347H的晶界氧化行為、機(jī)理以及晶界氧化對(duì)金屬裂紋萌生及擴(kuò)展的影響進(jìn)行研究。本文以服役態(tài)TP347H作為研究對(duì)象,進(jìn)行晶界氧化試驗(yàn),采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、電子探針等設(shè)備進(jìn)行顯微組織表征、成分分析和半定量分析,探討了服役環(huán)境下、無(wú)應(yīng)力、壓應(yīng)力和拉應(yīng)力下的晶界氧化的形貌特征;并結(jié)合氧化熱力學(xué)基礎(chǔ),對(duì)晶界氧化行為機(jī)理進(jìn)行分析;同時(shí)對(duì)其室溫沖擊斷口微觀形貌進(jìn)行分析,探討晶界氧化與裂紋的萌生與擴(kuò)展之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明:該批服役環(huán)境下TP347H管材中,在裂紋擴(kuò)展的尖端區(qū)域出現(xiàn)Cr的氧化物;在裂紋擴(kuò)展的中間區(qū)域出現(xiàn)兩層富Cr的Fe、Cr氧化物層夾雜一層富Fe的非氧化物層現(xiàn)象,即類“三明治”結(jié)構(gòu);在裂紋萌生的初始端未發(fā)現(xiàn)“三明治”現(xiàn)象,即兩層富Cr的Fe、Cr氧化物層夾雜一層Fe_2O_3氧化物層。試樣沿晶界氧化區(qū)域打開(kāi)進(jìn)行EDS分析發(fā)現(xiàn):“三明治”結(jié)構(gòu)中富Fe的非氧化物層為不規(guī)則的菱形晶體,是鐵素體相,平均直徑大約在3?m,鐵鉻氧化物層致密無(wú)孔洞,緊密附著在基體上;裂紋初始端的氧化鐵為球狀,直徑1.5?m左右。650℃下再氧化試驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)“三明治”結(jié)構(gòu)中富鐵非氧化層的產(chǎn)生與生長(zhǎng)過(guò)程;觀察到伴隨氧化時(shí)間的延長(zhǎng),氧化層厚度隨之增厚。在無(wú)應(yīng)力、700℃下高溫氧化試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)試樣表面生成內(nèi)層富鉻氧化物及外層富鐵氧化物的雙層氧化物結(jié)構(gòu);內(nèi)層氧化區(qū)域局部沿著晶界延伸進(jìn)基體約3?m。壓應(yīng)力下模擬晶界氧化試驗(yàn),在模擬晶界附近產(chǎn)生兩層富鉻層氧化物夾雜富鐵氧化物的三層氧化物結(jié)構(gòu)。利用蠕變實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拉應(yīng)力下晶界氧化實(shí)驗(yàn),裂紋尖端區(qū)域鉻優(yōu)先氧化;在裂紋中端區(qū)域產(chǎn)生兩層富鉻氧化物夾雜富鐵氧化物的三層氧化物結(jié)構(gòu)。TP347H的晶界氧化機(jī)制初步探討:晶界氧化的初期,鉻元素優(yōu)先氧化成Cr_2O_3;晶界氧化的第二階段,在晶粒表面鐵、鎳和鉻反應(yīng)生成鐵鉻鎳的氧化物,同時(shí)鐵元素會(huì)在濃度差的推動(dòng)下由基體向晶界擴(kuò)散并氧化為Fe_2O_3,最終形成兩層鐵鉻氧化層夾富鐵氧化層的特殊形貌。在特殊情況下,若擴(kuò)散進(jìn)晶界的氧較少,晶界氧化的第二階段則可以分為2步:第1步,因氧分壓過(guò)小無(wú)法形成氧化鐵,則在晶界附近形成鐵素體相;第2步,隨著裂紋擴(kuò)展,晶界的氧分壓逐步增大,此時(shí)鐵素體被氧化成氧化鐵。在室溫下,服役態(tài)TP347H基體呈韌性斷裂特征;而發(fā)生晶界氧化的TP347H區(qū)域發(fā)生明顯的沿晶斷裂,并在裂紋尖端看到韌性斷裂到沿晶脆性斷裂的轉(zhuǎn)變。晶界氧化會(huì)導(dǎo)致合金發(fā)生沿晶開(kāi)裂,降低了合金的力學(xué)性能。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG142.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 超超臨界機(jī)組用鋼
        1.1.1 奧氏體耐熱不銹鋼
        1.1.2 TP347H
    1.2 高溫氧化理論
    1.3 TP347H表面氧化的研究現(xiàn)狀
    1.4 晶界氧化的研究現(xiàn)狀
    1.5 晶界氧化與金屬斷裂
    1.6 研究?jī)?nèi)容及意義
2.實(shí)驗(yàn)材料與方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)材料
    2.2 實(shí)驗(yàn)和分析方法
        2.2.1 微觀組織表征
        2.2.2 高溫氧化實(shí)驗(yàn)
        2.2.3 沖擊實(shí)驗(yàn)
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
    3.1 晶界氧化形貌特征分析
        3.1.1 三明治結(jié)構(gòu)的提出
        3.1.2 晶界氧化的形貌及成分分析
        3.1.3 晶界氧化的元素分布
    3.2 晶界氧化模擬試驗(yàn)
        3.2.1 再氧化試驗(yàn)
        3.2.2 壓應(yīng)力下晶界氧化試驗(yàn)
        3.2.3 拉應(yīng)力下晶界氧化試驗(yàn)
    3.3 晶界氧化模型的建立
    3.4 晶界氧化與表面氧化的對(duì)比分析
    3.5 晶界氧化對(duì)金屬斷裂的影響
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2854665