為了減輕能源短缺和二氧化碳排放等問題帶來的影響,提高能源利用率和電站鍋爐蒸汽參數(shù)是其中最有效的途徑。但是,電站鍋爐用鋼的性能一直是制約提高電站鍋爐使用參數(shù)的主要因素。當前電站鍋爐使用的傳統(tǒng)奧氏體耐熱鋼主要通過高溫氧化過程中在表面形成的Cr_2O_3氧化膜來保證材料的高溫抗氧化性能;當使用溫度提高至650℃以上時,材料表面的Cr_2O_3氧化膜會揮發(fā),晶界碳化物發(fā)生聚集導致材料失效。新型含鋁奧氏體耐熱鋼表面形成的鉻、鋁復合氧化膜在高溫下較為穩(wěn)定,同時,晶粒內(nèi)部析出納米級的NbC強化相也會顯著提高材料的高溫蠕變強度,使新型含鋁奧氏體耐熱鋼成為新一代超(超)臨界火力發(fā)電機組關(guān)鍵部件的候選材料。本論文新設(shè)計了三種不同Al含量的新型含鋁奧氏體耐熱鋼,對經(jīng)過固溶處理的含鋁奧氏體耐熱鋼在620℃、650℃、700℃和750℃時效不同時間,使用OM、XRD、SEM-EDS以及EBSD等設(shè)備對其時效后的顯微組織進行觀察,研究含鋁奧氏體耐熱鋼的時效析出行為以及Al含量對含鋁奧氏體耐熱鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響;同時,對含鋁奧氏體耐熱鋼進行顯微硬度測試、時效后常溫拉伸、固溶后高溫拉伸,探究時效后析出相以及使用溫度對含鋁奧氏體耐熱鋼力學性能的影響;對固溶處理后的含鋁奧氏體耐熱鋼進行高溫熱壓縮試驗,得到不同變形條件下的應力應變曲線,結(jié)合變形組織觀察,研究Al含量對流變應力與組織演變的影響,主要結(jié)論有以下幾點:(1)含鋁奧氏體耐熱鋼固溶處理后的組織由奧氏體與微量細小的NbC相組成;在750℃不同時間時效處理后,其析出相主要以δ鐵素體相、σ相為主,時效開始階段δ相首先析出于晶界,隨著時效時間的延長δ相不斷增多;時效時間達9h時,晶界δ相呈網(wǎng)狀,且晶粒內(nèi)部也析出δ相;隨著時效時間進一步延長,晶界δ相逐步轉(zhuǎn)變?yōu)棣蚁?且晶粒內(nèi)部δ相也不斷增多。鋁含量與時效溫度對含鋁奧氏體耐熱鋼時效析出行為影響較大;鋁含量越多,δ鐵素體相的析出越快,相轉(zhuǎn)變速度越快,析出相的數(shù)量越多。(2)時效處理對含鋁奧氏體耐熱鋼的強、韌性影響明顯,時效時間越長,影響越明顯。時效處理后常溫下進行拉伸,試樣的抗拉強度明顯高于固溶處理試樣,而延伸率卻顯著降低,尤其時效時間為72h試樣,這與晶界上呈網(wǎng)狀分布的σ相相關(guān);同時耐熱鋼的強度隨著Al含量的增加不斷提高,塑性不斷降低。材料的硬度的變化規(guī)律則與強度的變化規(guī)律一致。高溫下進行拉伸,溫度較低時,晶界與晶粒內(nèi)部析出相共同作用對材料起到一定的強化作用,這導致材料強度提高,塑性降低;但是隨著溫度的逐漸升高,高溫下拉伸過程中軟化機制起到主要作用,材料的強度顯著降低,塑性提高。(3)含鋁奧氏體耐熱鋼熱壓縮后,變形孿晶會在壓縮的過程中出現(xiàn),孿晶界以及晶界會析出第二相δ-鐵素體相;其中,變形量越大,析出相越多;鋁含量越多,晶界上析出相越多,阻礙晶粒變形,導致不斷產(chǎn)生變形孿晶,之后晶界析出相的析出與變形導致變形孿晶變?yōu)樾【Я?晶粒尺寸逐漸減小;不同的變形速度則會使熱壓縮過程中的變形機制也有所不同。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG142.73
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 超超臨界鍋爐用鋼的發(fā)展歷程
        1.2.1 耐熱鋼的發(fā)展歷程
        1.2.2 奧氏體耐熱鋼的發(fā)展歷程
    1.3 新型含鋁奧氏體耐熱鋼的合金元素及作用
    1.4 新型含鋁奧氏體耐熱鋼中析出相析出行為及力學性能
        1.4.1 新型含鋁奧氏體耐熱鋼時效析出相
        1.4.2 新型含鋁奧氏體耐熱鋼力學性能
    1.5 課題研究內(nèi)容及意義
        1.5.1 選題意義
        1.5.2 研究內(nèi)容
第二章 材料及研究方法
    2.1 材料的選擇
    2.2 熱處理工藝
        2.2.1 固溶處理
        2.2.2 時效處理
    2.3 力學性能測試
        2.3.1 常溫拉伸實驗
        2.3.2 高溫拉伸實驗
        2.3.3 高溫壓縮實驗
        2.3.4 顯微硬度實驗
    2.4 顯微結(jié)構(gòu)分析
        2.4.1 顯微組織觀察
        2.4.2 X射線衍射（XRD）分析
        2.4.3 電子背散射衍射（EBSD）分析
第三章 鋁含量對含鋁奧氏體耐熱鋼組織穩(wěn)定性的影響
    3.1 引言
    3.2 含鋁奧氏體耐熱鋼熱力學相圖
    3.3 含鋁奧氏體耐熱鋼時效后顯微組織
        3.3.1 1.5 Al時效后的顯微組織
        3.3.2 2.5 Al時效后的顯微組織
        3.3.3 3.5 Al時效后的顯微組織
    3.4 分析與討論
    3.5 本章小結(jié)
第四章 鋁含量對含鋁奧氏體耐熱鋼力學性能的影響
    4.1 引言
    4.2 含鋁奧氏體耐熱鋼常溫力學性能
        4.2.1 常溫拉伸性能
        4.2.2 材料顯微硬度測試
    4.3 含鋁奧氏體耐熱鋼高溫力學性能
        4.3.1 高溫拉伸性能
        4.3.2 高溫壓縮性能
    4.4 小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 創(chuàng)新點
    5.3 展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士期間的成果

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本文編號：2877924