【摘要】：大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)廣泛采用高氮鉻錳奧氏體不銹鋼制造,目前主要有P900(18Mn18Cr0.5N)和P2000(16Cr13Mn3Mo0.9N)兩個(gè)品級(jí)。由于這類鋼的合金元素種類多、含量高,熱鍛成形過程中易出現(xiàn)表面開裂、晶粒粗大或者混晶等問題,從而大大影響了護(hù)環(huán)的成品率和生產(chǎn)效率。微合金元素Nb和V在高強(qiáng)度低合金鋼及非調(diào)質(zhì)鋼等領(lǐng)域的應(yīng)用已十分普遍,通過高溫加熱或變形過程中微細(xì)第二相的析出來(lái)抑制晶粒的過分長(zhǎng)大。然而,元素Nb和V在護(hù)環(huán)用高氮奧氏體鋼(如P900)和超高氮奧氏體鋼(如P2000)等高合金鋼領(lǐng)域的應(yīng)用報(bào)道很少,這些元素的添加對(duì)護(hù)環(huán)用鋼鑄態(tài)組織及熱變形過程中的組織演變規(guī)律的影響是否還有與在低合金鋼中類似的作用,尤其它們對(duì)超高氮奧氏體鋼的熱加工性、耐蝕性及力學(xué)性能會(huì)有哪些影響,迄今尚不十分清楚。本文采用熱力學(xué)方法計(jì)算了一種含鈮釩超高氮奧氏體鋼的偽二元平衡相圖、不同溫度下各相的摩爾分?jǐn)?shù)及合金元素組成,用示差掃描量熱分析(DSC)、光學(xué)金相(OM)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDX)及電解萃取等方法研究了該鋼的鑄態(tài)組織特性及熱變形過程中的組織演變規(guī)律,取得如下主要研究結(jié)果:獲得了含鈮釩超高氮奧氏體鋼的偽二元平衡相圖,其液相線和固相線理論值分別為1440℃和1310℃,MX型微合金碳氮化物從液相、δ鐵素體和γ中析出溫度的理論值分別為1440℃、1310℃和1250℃,Cr2N、σ相和M_(23)C_6析出溫度的理論值分別為1080℃、931℃和907℃,室溫下平衡組織為(γ+MX+ε+M_(23)C_6+σ)。實(shí)測(cè)的δ鐵素體析出溫度為1265℃,奧氏體開始溶解的溫度為1345℃,液相線以及MX型碳氮化物析出溫度的實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值基本一致。獲得了平衡條件下含鈮釩超高氮奧氏體鋼中各平衡相的摩爾分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系,得到了每個(gè)平衡相中各元素組成及其隨溫度的變化規(guī)律。鑄態(tài)含鈮釩超高氮奧氏體鋼的顯微組織主要由奧氏體和(Nb,V)N組成。不規(guī)則塊狀和團(tuán)絮狀的(Nb,V)N多分布于奧氏體晶界及三叉晶界,球狀和不規(guī)則塊狀的(Nb,V)N多分布于晶內(nèi)。含鈮釩超高氮奧氏體鋼在1000~1200℃及0.001~10s_(-1)條件下的熱變形方程為:ε=3.34×10~(22)[sinh(0.00573σ_ρ)]~(4.79)exp(-631000/RT),且Z參數(shù)與峰值應(yīng)力的定量關(guān)系式為:σ_p=17.5lnZ-612.8(MPa)。含鈮釩超高氮奧氏體鋼在熱變形過程中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶主要包括項(xiàng)鏈動(dòng)態(tài)再結(jié)晶與經(jīng)典動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,應(yīng)變速率較高時(shí)會(huì)發(fā)生項(xiàng)鏈動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。變形溫度越高、應(yīng)變速率越低,經(jīng)典的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶越容易發(fā)生,且再結(jié)晶晶粒的尺寸也隨之增大。試驗(yàn)鋼的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸與Z參數(shù)及A之間的定量關(guān)系為:D=2.164×(Z/A)~(-0.081)(μm)。含鈮釩超高氮奧氏體鋼熱變形過程中的主要失穩(wěn)形式為局部流變,失穩(wěn)機(jī)制為流變集中。含鈮釩超高氮奧氏體鋼熱變形后在晶界及晶內(nèi)出現(xiàn)大量細(xì)小的(Nb,V)N,晶內(nèi)析出相多呈圓形,尺寸在0.22μm左右;晶界析出相多呈方形或不規(guī)則形狀,約為0.52μm。獲得了含鈮釩超高氮奧氏體鋼的動(dòng)態(tài)組織狀態(tài)圖和在不同應(yīng)變量條件下的熱加工圖,其功率耗散率隨著應(yīng)變速率的降低與溫度的提高而增大。當(dāng)變形溫度為1200℃、應(yīng)變速率為0.001s-1、真應(yīng)變?yōu)?.8時(shí),功率耗散百分?jǐn)?shù)達(dá)到最大值(60%)。在加熱溫度為1200℃時(shí),對(duì)于含鈮釩超高氮奧氏體鋼,建議的熱變形工藝窗口為1050~1150℃及0.01~1 s~(-1)。
【圖文】：

加壓電渣重熔是目前世界上生產(chǎn)商用高氮鋼的最有效方法，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1 所示。圖1-1 加壓電渣重熔爐的模型[42]Fig.1-1 Model of Pressure electro-slag remelting furnaces世界上第一臺(tái) 16t 高壓電渣爐于 1980 年在德國(guó)建造。隨后，德國(guó)又于 1996 年建成了 16t 和 20t 兩臺(tái)高壓電渣爐，藉此開發(fā)出了兩種大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)用鋼：X5CrMnN18-8（P900）鋼及 X5CrMnN16-4-3（P2000）鋼，其中無(wú)鎳奧氏體不銹鋼

燕山大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文，，鋼的流變曲線有三種類型（見圖 1-2）。圖中，εD為p和εP分別為峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變，σS和εS分別為穩(wěn) a 屬于動(dòng)態(tài)回復(fù)，而流變曲線 b 和 c 則屬于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶難看出，熱變形過程中的流變曲線一般有三個(gè)階段，加工硬化的同時(shí)也出現(xiàn)一定程度的動(dòng)態(tài)回復(fù)，且變形，加工硬化作用占居了主導(dǎo)地位，流變應(yīng)力迅速增大。加，回復(fù)與再結(jié)晶開始發(fā)生，流變曲線的斜率逐漸變回復(fù)（見圖 1-2 中 a 線）和發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶（見圖 1-2量的增大，流變應(yīng)力緩慢增加（一般出現(xiàn)在層錯(cuò)能較III 階段材料變形進(jìn)入穩(wěn)定流動(dòng)階段，流變曲線變成直后者則表現(xiàn)為流變曲線出現(xiàn)峰值后流變應(yīng)力有所降低，而且隨著變形量的增大，流變應(yīng)力變化不大（一般料中）。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG142.1

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本文編號(hào)：2583960