【摘要】：蒸汽發(fā)生器傳熱管作為超超臨界火電機(jī)組(UltraSupercritical,簡稱USC)關(guān)鍵部件中的核心,它決定了裝備的高參數(shù)和高可靠性,因此對材料的服役性能要求極高。現(xiàn)階段我國USC機(jī)組的關(guān)鍵管材主要依靠進(jìn)口,缺少自主知識產(chǎn)權(quán)的新材料和制造成型的成套技術(shù)。因此開發(fā)新型傳熱管用材料,這對我國的燃煤發(fā)電技術(shù)具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。本課題基于以上應(yīng)用背景,在Cr-Ni奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上添加鈮等合金元素開發(fā)了兩種新型奧氏體不銹鋼,其中鈮含量不同。鈮不僅能夠增強(qiáng)奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能,還可以提高材料的室溫及高溫力學(xué)性能。超超臨界火電鍋爐管材在裝備前需要經(jīng)歷熱穿孔等加工工藝,因此對其熱變形行為進(jìn)行研究,可確定最優(yōu)熱加工工藝制度從而達(dá)到控制組織演變和產(chǎn)品最終性能的目的。本文利用Gleeble-3500熱力模擬試驗(yàn)機(jī),在變形溫度為950~1100℃、應(yīng)變速率為0.01~1s~(-1)范圍內(nèi)對含鈮奧氏體不銹鋼進(jìn)行了單道次高溫?zé)釅嚎s試驗(yàn)。觀察分析了試驗(yàn)鋼的流變應(yīng)力曲線和微觀變形組織,建立了基于應(yīng)變量耦合的改進(jìn)型本構(gòu)模型,預(yù)測了動態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變拐點(diǎn)以及繪制了不同應(yīng)變量下的熱加工圖。研究結(jié)果如下:1、使用Origin軟件對高溫?zé)釅嚎s試驗(yàn)中獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,分析試驗(yàn)鋼的流變應(yīng)力曲線,并結(jié)合金相顯微鏡(OM)和掃描電鏡(SEM)等微觀表征技術(shù),系統(tǒng)研究了不同熱變形參數(shù)對含鈮奧氏體不銹鋼流變應(yīng)力及微觀組織演變的影響規(guī)律。結(jié)果表明:試驗(yàn)鋼的流變應(yīng)力對應(yīng)變速率和變形溫度均比較敏感。隨著應(yīng)變速率的降低和變形溫度的升高,流變應(yīng)力也隨之減小,動態(tài)再結(jié)晶程度增大。2、通過回歸分析方法得到含鈮奧氏體不銹鋼的熱變形激活能,G1和G2試驗(yàn)鋼的熱激活能分別為362.748KJ/mol和365.111KJ/mol。同時(shí)建立了耦合應(yīng)變量的本構(gòu)模型,此模型可預(yù)測合金在熱變形過程中的流變應(yīng)力。G1試驗(yàn)鋼的預(yù)測值與其熱壓縮試驗(yàn)值之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.99785,平均相對誤差僅為2.5%。G2試驗(yàn)鋼的預(yù)測值與其熱壓縮試驗(yàn)值之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9868,平均相對誤差僅為3.3%。采用三次多項(xiàng)式擬合lnθ-ε曲線數(shù)據(jù)來確定動態(tài)再結(jié)晶(DRX)的臨界拐點(diǎn),從而可求得G1和G2試驗(yàn)鋼在不同變形條件下的臨界應(yīng)變(ε_c)與峰值應(yīng)變(ε_p)的平均比值分別為0.6858和0.6994。3、基于動態(tài)材料模型(DMM),構(gòu)建了含鈮奧氏體不銹鋼的熱加工圖。根據(jù)熱加工圖確定了試驗(yàn)鋼在不同熱變形參數(shù)下的安全區(qū)和流變失穩(wěn)區(qū),以此制定了合理的熱加工工藝制度。根據(jù)熱加工圖并結(jié)合微觀組織可得:G1試驗(yàn)鋼的最佳熱加工參數(shù):變形溫度1050~1100℃、應(yīng)變速率為0.0316~0.1s~(-1);G2試驗(yàn)鋼的最佳熱加工參數(shù):變形溫度1000~1050℃、應(yīng)變速率為0.039~0.1s~(-1)。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM621
【圖文】：

ln{()[()1]}12121 nnAZAZ (1-1將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后代入以上各式，可求得上述式中材料常數(shù)的值（AQ、α、β、n 等）。再代入式（1-10）可計(jì)算出金屬或合金在不同變形條件下的塑性變形抗力值。材料的微觀組織結(jié)構(gòu)與 Z 參數(shù)之間存在著密切的聯(lián)系。當(dāng)參數(shù)值一定時(shí)，則材料在穩(wěn)態(tài)流變階段的微觀組織特性保持穩(wěn)定狀態(tài)。據(jù)此便以建立起材料熱加工工藝與組織性能兩者之間的關(guān)系預(yù)測模型。1.4.2.3 金屬材料熱加工過程中的軟化機(jī)制在金屬和合金高溫塑性變形過程中，熱變形初期塑性變形抗力會因位錯的殖和累積而迅速增大。隨著變形的繼續(xù)，材料內(nèi)部能量積聚增大。動態(tài)軟化逐與熱變形初期的加工硬化相抵消，其包括動態(tài)回復(fù)（Dynamic recovery，簡稱DRV和動態(tài)再結(jié)晶（Dynamic recrystallization，簡稱 DRX），流變曲線如圖 1.1 所示

表 2.1 為含鈮奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分。表 2.1 含鈮奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分（wt/%）Table 2.1 Chemical composition ofAustenitic Stainless Steel Containing Nb (wt/%)元素代號C Mn Si S N Cr Mo Al Ni NbG1 0.09 1.39 0.335 0.005 0.026 18.15 2.00 3.10 30.8 0.329G2 0.06 1.40 0.342 0.005 0.022 18.48 2.20 3.05 31.66 1.082.1.2 試樣原始顯微結(jié)構(gòu)單道次高溫壓縮試驗(yàn)前試樣原始金相組織如圖 2.1 所示。由圖 2.1 可知，組織為單一的奧氏體，晶界清晰完整，并有少量孿晶。由于鈮含量的差別，G1 試驗(yàn)鋼中的奧氏體晶粒尺寸大于 G2 試驗(yàn)鋼中奧氏體晶粒。鈮元素能夠有效降低合金元素對晶間腐蝕的敏感性，并提高不銹鋼的室溫及高溫力學(xué)性能。

圖 2.2 Gleeble-3500 熱力模擬試驗(yàn)機(jī)Fig 2.2 Gleeble-3500 thermal simulator方法熱壓縮實(shí)驗(yàn)可以研究材料在熱變形過程中流變應(yīng)力的變與流變應(yīng)力、動態(tài)再結(jié)晶之間的關(guān)系。將試驗(yàn)鋼以 1 10min，使奧氏體均勻化，然后以 10℃/s 的冷卻速度0℃、1050℃、1100℃，保溫 30s 使得試樣溫度均勻，然0.01s-1、0.1s-1、0.5s-1、1s-1）進(jìn)行熱壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)工程應(yīng).3 所示。高溫壓縮結(jié)束后立即將壓縮試樣淬火，然后再將線進(jìn)行縱向切割，將切割面打磨拋光后用王水進(jìn)行化學(xué)微鏡進(jìn)行觀察。

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉孝天;于景澤;劉恒宇;崔成云;;超超臨界燃煤鍋爐技術(shù)研究[J];鍋爐制造;2015年05期

2 李軍帥;趙飛;李妮;葉萃;;Ti6242合金的熱變形行為及加工圖[J];金屬熱處理;2015年04期

3 張勇;甄靜;;700℃超超臨界發(fā)電技術(shù)進(jìn)展[J];化工裝備技術(shù);2014年06期

4 田野;;超超臨界機(jī)組材料國產(chǎn)化研究的意義[J];應(yīng)用能源技術(shù);2013年11期

5 曹宇;邸洪雙;張敬奇;馬天軍;張潔岑;;800H合金熱變形行為及熱加工性能研究[J];金屬學(xué)報(bào);2013年07期

6 魏海蓮;劉國權(quán);肖翔;張明赫;;表觀的和基于物理的35Mn2鋼奧氏體熱變形本構(gòu)分析[J];金屬學(xué)報(bào);2013年06期

7 桑波;;超超臨界火電機(jī)組高溫再熱蒸汽管道選材分析[J];中國科技信息;2013年04期

8 陳石富;秦鶴勇;張文云;趙光普;;700℃超超臨界鍋爐用鎳基合金管材的研究進(jìn)展[J];機(jī)械工程材料;2012年11期

9 曹宇;邸洪雙;張潔岑;張敬奇;馬天軍;;800H合金動態(tài)再結(jié)晶行為研究[J];金屬學(xué)報(bào);2012年10期

10 梁軍;;超超臨界火電機(jī)組鋼材選用分析[J];電力建設(shè);2012年10期

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2 劉正東;;中國700℃燃煤發(fā)電機(jī)組耐熱材料研發(fā)[A];2011年全國高品質(zhì)特殊鋼生產(chǎn)技術(shù)研討會文集[C];2011年

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2 張慧芳;BTi-62421S合金高溫變形行為及應(yīng)用研究[D];中北大學(xué);2011年

3 王蕊寧;Ti53311S、TP650和Zr-4合金熱加工性的研究[D];西安建筑科技大學(xué);2008年

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2 張孝平;Cr-Mn-Ni-Cu-N奧氏體不銹鋼熱變形行為及熱加工圖[D];蘭州理工大學(xué);2009年

本文編號：2752091