本文選題：新型奧氏體鋼 + 金屬間化合物�。� 參考：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：為降低CO_2排放量并提高熱效率,以解決目前日益突出的環(huán)境污染與能源需求之前的矛盾,先進(jìn)超超臨界電站預(yù)計(jì)將運(yùn)行參數(shù)提高到7008℃/30 MPa,這對電站用結(jié)構(gòu)材料提出了更高的要求。新型奧氏體鋼(Alumina-Forming Austenitic Steel, AFA)由于具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和抗氧化性能,被認(rèn)為是很有應(yīng)用前景的候選結(jié)構(gòu)材料。目前,關(guān)于該新型奧氏體鋼的研究主要集中在成分設(shè)計(jì)以及抗氧化機(jī)理方面,對其高溫服役過程中組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,特別是析出物的變化,還缺乏系統(tǒng)的研究。而材料在長期服役過程中組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是篩選電站用結(jié)構(gòu)材料的重要指標(biāo)之一。為了了解該材料的組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,本文針對Fe-18Ni-12Cr基新型奧氏體鋼的制備、700℃長期時(shí)效組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的變化以及700℃蠕變性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。采用真空熔煉法制備了單相新型奧氏體鋼。合金元素含量不同的新型奧氏體鋼在1150℃左右熱軋過程中均發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,即原始熱軋態(tài)樣品為等軸晶粒組織。18-12-AlNbC新型奧氏體鋼在700℃長期時(shí)效過程中,室溫拉伸的加工硬化速率隨時(shí)效時(shí)間的增加而增加,即具有加工硬化效應(yīng);而其700℃拉伸試驗(yàn)中,動(dòng)態(tài)回復(fù)這種軟化機(jī)制占主導(dǎo)地位。時(shí)效1000 h后,其抗拉強(qiáng)度為749 MPa,且均勻延伸率為26%,相對于時(shí)效前沒有降低。其主要析出相為NbC,另外還有金屬間化合物Fe_2(Nb,Mo) Laves和少量的B2-NiAl相。其中圓形NbC在時(shí)效過程中非常穩(wěn)定,尺寸約為5nm;而片狀的NbC時(shí)效1000h后其等效圓直徑增加到了89 nm,這兩種NbC顆粒為主要的強(qiáng)化析出相。Laves相具有較快的長大速率,時(shí)效1000 h后其長度為920 nm且長徑比為7.4。盡管晶界上析出相的覆蓋率達(dá)到74%,但是可以起到強(qiáng)化晶界,沒有降低材料的拉伸塑形。18-12-A1新型奧氏體鋼在700℃長期時(shí)效過程中析出動(dòng)力學(xué)較為緩慢,因此時(shí)效10和100 h后材料的拉伸性能和組織結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生太大的變化;時(shí)效1000 h后大量的B2-NiAl以及少量的Fe2Mo Laves開始析出,具有明顯的強(qiáng)化效應(yīng),使材料的抗拉強(qiáng)度提高了約40%,不過其均勻延伸率降低到了22%左右。大量的B2-NiAl在室溫具有很明顯的強(qiáng)化作用,不過會(huì)在一定程度上降低材料的拉伸塑性；在700℃失去強(qiáng)化作用。對18-12-AlNbC和18-12-A1兩種新型奧氏體鋼在7000C、不同應(yīng)力條件下的蠕變性能進(jìn)行了測試。兩種材料在7000C的蠕變應(yīng)力指數(shù)均為7左右,即屬于位錯(cuò)型蠕變；蠕變損傷容量系數(shù)λ均大于5,屬于由組織結(jié)構(gòu)退化造成的蠕變損傷。其次,18-12-A1NbC新型奧氏體鋼具有更優(yōu)異的蠕變性能,主要體現(xiàn)在具有更小的最小蠕變速率((?)m)、更長的蠕變斷裂壽命以及較小的蠕變變形。相同蠕變應(yīng)力條件下,18-12-AlNbC的最小蠕變速率比18-12-Al低一個(gè)數(shù)量級(jí),也因此具有更長的蠕變斷裂壽命。另外,18-12-AlNbC新型奧氏體鋼在經(jīng)歷蠕變速率降低的第一階段后即進(jìn)入穩(wěn)態(tài)蠕變速率,即其最小蠕變速率和穩(wěn)態(tài)蠕變速率基本相同;而18-12-Al新型奧氏體鋼在第一階段蠕變速率先降低,到達(dá)最小值即最小蠕變速率后繼續(xù)緩慢增加,因此其最小蠕變速率和穩(wěn)態(tài)蠕變速率相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。NbC可以使材料具有更優(yōu)異的蠕變抗力,同時(shí)金屬間化合物L(fēng)aves相和B2-NiAl相不會(huì)損害材料的蠕變塑性。
[Abstract]:In order to reduce the CO_2 emission and improve the thermal efficiency in order to solve the contradiction between the increasingly prominent environmental pollution and the energy demand, the advanced ultra supercritical power station is expected to increase the operating parameters to 7008 /30 MPa, which puts forward higher requirements for the structural materials used in the power station. The new austenitic steel (Alumina-Forming Austenitic Steel, AFA) is due to the higher requirements. With excellent mechanical and antioxidant properties at high temperature, it is considered as a promising candidate structure material. At present, the research on this new austenitic steel is mainly focused on the composition design and the mechanism of oxidation resistance, and the stability of the structure in the process of high temperature service, especially the change of the precipitates, is still lack of system. In order to understand the structural stability of the material, the preparation of the Fe-18Ni-12Cr based austenitic steel, the changes in the structure and mechanical properties of the long-term aging and the creep properties at 700 degrees C, and the creep properties of the Fe-18Ni-12Cr based new austenitic steel have been studied in this paper. The single-phase new austenite steel was prepared by vacuum melting process. The new austenite steel with different alloy elements content occurred during the hot rolling process at about 1150 C, that is, the original hot rolled sample is the.18-12-AlNbC new austenite steel with equal axis grain structure during the long time aging process at 700. The working hardening rate of extensor is increased with the increase of aging time, that is, it has the effect of hardening, and the softening mechanism is dominated by dynamic recovery at 700 C. After 1000 h, the tensile strength is 749 MPa, and the uniform elongation rate is 26%, which is not lower than that before aging. The main precipitation phase is NbC, and there is also gold. The Intergenera compound Fe_2 (Nb, Mo) Laves and a small amount of B2-NiAl phase, of which round NbC is very stable in the aging process, the size is about 5nm, and the equivalent circle diameter of the tablet like NbC increases to 89 nm after aging 1000h, and the two NbC particles have a faster growth rate for the main intensification phase of the phase.Laves phase, and the length is 920 after aging 1000. And the ratio of length to diameter is 7.4., although the coverage rate of precipitation phase on grain boundary reaches 74%, but it can enhance grain boundary, without reducing the tensile shape of material, the precipitation kinetics of new austenite steel.18-12-A1 in the long time aging process is slow, so the tensile property and structure of the material have not changed too much after aging 10 and 100 h. After aging 1000 h, a large number of B2-NiAl and a small amount of Fe2Mo Laves begin to precipitate, which has obvious strengthening effect, which makes the tensile strength of the material increase by about 40%, but its uniform elongation is reduced to about 22%. A large number of B2-NiAl has obvious strengthening effect at room temperature, but it will reduce the tensile plasticity of the material to a certain extent. The creep behavior of two new austenitic steels of 18-12-AlNbC and 18-12-A1 under 7000C and different stress conditions were tested at 700 C. The creep stress index of two materials in 7000C was about 7, that is, dislocation type creep, and the creep damage capacity coefficient was more than 5, which was caused by the degeneration of tissue structure. Second, 18-12-A1NbC new austenite steel has more excellent creep properties, which is mainly embodied in a smaller minimum creep rate ((?) m), longer creep rupture life and smaller creep deformation. Under the same creep stress conditions, the minimum creep rate of 18-12-AlNbC is one order of magnitude lower than that of 18-12-Al, and thus has a longer period of time. In addition, the 18-12-AlNbC new austenitic steel enters the steady state creep rate after the first stage of the creep rate reduction, that is, the minimum creep rate and the steady creep rate are basically the same, while the 18-12-Al new austenite steel decreases first in the first stage, and the minimum creep rate is followed by the minimum. It continues to increase slowly, so the difference of the minimum creep rate and the steady creep rate of one order of.NbC can make the material have more excellent creep resistance, and the intermetallic compound Laves phase and B2-NiAl phase will not damage the creep plasticity of the material.
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG142.1

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本文編號(hào)：1977914