【摘要】：Mn18Cr18N高氮奧氏體不銹鋼具有強(qiáng)韌性好、耐蝕性好、無磁等諸多優(yōu)點(diǎn),成為核主泵飛輪保持環(huán)材料的選擇。保持環(huán)的熱套工序要求保持環(huán)材料具備優(yōu)良的熱膨脹性能,飛輪保持環(huán)完整性的保證要求保持環(huán)材料具備優(yōu)良的力學(xué)性能。本文研究了在300℃~900℃保溫1~6 h后空冷的Mn18Cr18N鋼的微觀組織、材料性能(熱膨脹性能、顯微硬度、強(qiáng)度、斷裂韌性),并探討了析出相對(duì)保持環(huán)熱套的影響以及析出相對(duì)飛輪完整性的影響。對(duì)微觀組織演變規(guī)律的研究表明,Mn18Cr18N鋼在300℃~800℃保溫只會(huì)發(fā)生回復(fù),在900℃保溫會(huì)發(fā)生再結(jié)晶使得晶粒細(xì)化。在600℃、700℃保溫會(huì)有碳化物沿晶界析出,在800℃保溫會(huì)有大量的氮化物會(huì)呈層片狀在晶粒內(nèi)部析出,在900℃保溫會(huì)有短棒狀的σ相彌散分布在晶內(nèi)、晶界,并且相析出量隨保溫時(shí)間的延長而增大。保溫時(shí)間越長Mn18Cr18N鋼的熱膨脹系數(shù)越小,在熱膨脹試驗(yàn)加熱過程中M_(23)C_6的繼續(xù)析出使膨脹系數(shù)變小,Cr_2N的繼續(xù)析出使膨脹系數(shù)變大。在300℃~800℃加熱的Mn18Cr18N鋼的顯微硬度隨加熱溫度的升高大致呈下降趨勢(shì)。大量的碳化物、氮化物以及σ相的析出均會(huì)導(dǎo)致Mn18Cr18N鋼的屈服強(qiáng)度下降,900℃保溫2 h試樣的屈服強(qiáng)度最小,僅為711.73MPa。加熱溫度越高,材料的屈強(qiáng)比越小,斷后伸長率越大。相析出會(huì)導(dǎo)致斷裂韌性變差,700℃保溫2 h試樣的斷裂韌性為88.53MPa·m1/2,僅為原始材料試樣的1/2。600℃保溫2 h試樣為沿晶的脆性斷裂;700℃、800℃保溫2 h試樣均為準(zhǔn)解離斷裂;900℃保溫2 h試樣為韌性斷裂。外徑為902mm保持環(huán),700℃保溫2 h后和800℃保溫2 h后在350℃的徑向膨脹量均比保溫1 h的試樣小2 mm左右;相同保溫時(shí)長,700℃處理的保持環(huán)總比800℃處理的保持環(huán)在350℃時(shí)的膨脹量大。保持環(huán)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度隨加熱溫度的升高呈逐漸下降趨勢(shì)。少量析出相會(huì)使保持環(huán)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變高,再結(jié)晶均會(huì)使其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變小。析出相會(huì)導(dǎo)致保持環(huán)的應(yīng)力強(qiáng)度因子增大,安全系數(shù)、臨界失效轉(zhuǎn)速和臨界裂紋尺寸降低。保持環(huán)的安全系數(shù)、臨界失效轉(zhuǎn)速和臨界裂紋尺寸隨加熱溫度的升高呈先降低后升高的趨勢(shì),其中700℃保溫2 h保持環(huán)的安全系數(shù)、臨界失效轉(zhuǎn)速(裂紋尺寸1.6mm)和臨界裂紋尺寸最小(轉(zhuǎn)速1875r/min),分別為1.60、2455r/min、4.3mm。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG142.1

【參考文獻(xiàn)】

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