本文關(guān)鍵詞：新型Fe-Cr-Ni-Nb-Al-Mo奧氏體鋼的高溫抗氧化及蠕變行為研究

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【摘要】：隨著近年來對于提高核電蒸汽溫度、提升發(fā)電效率目標(biāo)的提出,傳統(tǒng)核電傳熱管材已不能滿足更為惡劣環(huán)境下服役的需求,因此開發(fā)一種具有優(yōu)異高溫氧化和蠕變性能的核電用材料迫在眉睫。本課題組通過理論分析與前期試驗(yàn)研究設(shè)計制備了兩種新型奧氏體耐熱鋼,這兩種新型合金的成分分別是B07(Fe-30Ni-18Cr-0.4Nb-3Al-2Mo)及B08(Fe-35Ni-20Cr-0.4Nb-3Al-2Mo),但對合金高溫氧化及蠕變行為尚未深入理解,因此本文主要研究了這兩種合金的高溫氧化及高溫蠕變行為,論文的主要研究結(jié)果如下:采用靜態(tài)氧化稱重法研究了兩種合金的高溫氧化行為,在700~900°C氧化時,兩種合金氧化動力學(xué)曲線均遵循拋物線規(guī)律,B07合金900°C氧化100 h的增重為0.123 mg·cm-2,而相同條件下B08合金氧化增重僅為0.054 mg·cm-2,與傳統(tǒng)合金800H高溫抗氧化性能相比,新型合金的高溫抗氧化性能明顯提升。結(jié)合氧化膜表面形貌、相組成和橫截面分析,發(fā)現(xiàn)在700°C下,B07和B08合金表面氧化膜主要是Fe和Cr的混合氧化物(Fe0.6Cr0.4)2O3,B07合金氧化膜內(nèi)層存在一層富Al的氧化物,而B08合金內(nèi)層富Al氧化物并不明顯;在800°C和900°C下兩種合金的表面氧化膜均為Al2O3和(Al0.9Cr0.1)2O3,合金內(nèi)層富Al氧化物較700°C時更為明顯;對比不同氧化溫度下兩種合金的氧化膜厚度,發(fā)現(xiàn)B08合金的氧化膜厚度均小于B07合金,即B08合金具有更好的高溫氧化性能。結(jié)果表明:合金中添加適量的Al元素能顯著提高材料的高溫抗氧化性能,同時更高含量的Ni元素有利于Al2O3氧化膜的形成。對兩種新型合金進(jìn)行高溫蠕變試驗(yàn)可得,B07合金蠕變曲線具有典型穩(wěn)態(tài)蠕變?nèi)A段的蠕變斷裂模式,而B08合金只有初始蠕變階段和穩(wěn)態(tài)蠕變階段的蠕變斷裂模式,在相同溫度和應(yīng)力下,B08合金的穩(wěn)態(tài)蠕變速率較B07合金顯著提高。由穩(wěn)態(tài)蠕變速率與溫度和應(yīng)力的關(guān)系可知,B07合金蠕變的穩(wěn)態(tài)蠕變速率應(yīng)力指數(shù)n=6.98,蠕變表觀激活能Qc=720 kJ/mol;B08合金蠕變應(yīng)力指數(shù)n=16.35,蠕變表觀激活能為Qc=838 kJ/mol,因此第二相粒子強(qiáng)化是這兩種合金蠕變變形的主要機(jī)制。計算得出B07和B08合金在650°C、10000 h的持久強(qiáng)度分別為143 MPa和232 MPa,這兩種合金的蠕變持久強(qiáng)度均高于傳統(tǒng)合金800H。分析兩種合金蠕變斷裂后組織可知,B07合金在高溫蠕變后晶內(nèi)析出NbC和σ相,晶內(nèi)和晶界上析出M23C6,NbC和M23C6有效地阻礙位錯運(yùn)動,而σ相則是降低B07合金的塑韌性和蠕變壽命主要因素;B08合金析出大量的M23C6粒子,這些第二相粒子能提高合金蠕變壽命。結(jié)果表明:合金中加入Nb元素能有效提高合金的高溫蠕變性能,同時更高的Ni元素含量能有效推遲σ相的形成�；谏鲜鰧�(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,B07和B08合金的高溫抗氧化和蠕變性能均明顯高于傳統(tǒng)合金800H;同時合金中更高含量的Ni元素有利于提高合金的高溫抗氧化和蠕變性能。
【關(guān)鍵詞】：核電 傳熱管材 奧氏體不銹鋼 高溫氧化 蠕變行為
【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】：2016
【分類號】：TG142.73
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 課題背景11-13
• 1.1.1 世界核電的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.1.2 我國核電的發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2 蒸汽發(fā)生器及傳熱管材料發(fā)展?fàn)顩r13-16
• 1.2.1 蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.2 傳熱管材料使用發(fā)展?fàn)顩r14-16
• 1.3 高溫氧化基礎(chǔ)16-19
• 1.3.1 高溫氧化的熱力學(xué)16-18
• 1.3.2 高溫氧化的動力學(xué)18-19
• 1.4 高溫蠕變基礎(chǔ)19-25
• 1.4.1 蠕變曲線19-22
• 1.4.2 蠕變變形機(jī)理22-25
• 1.5 新材料的合金化設(shè)計25-30
• 1.5.1 新材料的設(shè)計要求25-27
• 1.5.2 新材料的合金設(shè)計27-30
• 1.6 研究內(nèi)容及意義30-31
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法31-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料31
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法31-34
• 2.2.1 固溶處理31-32
• 2.2.2 高溫氧化實(shí)驗(yàn)32
• 2.2.3 蠕變測試32-34
• 第三章 B07和B08合金的高溫抗氧化行為34-47
• 3.1 高溫氧化動力學(xué)曲線分析34-37
• 3.1.1 B07合金氧化動力學(xué)曲線分析34-36
• 3.1.2 B08合金氧化動力學(xué)曲線分析36-37
• 3.2 高溫氧化膜表面形貌及成分分析37-40
• 3.2.1 B07合金氧化膜表面形貌及成分分析37-38
• 3.2.2 B08合金氧化膜表面形貌及成分分析38-40
• 3.3 高溫氧化膜相組成分析40-41
• 3.3.1 B07合金氧化膜相組成分析40-41
• 3.3.2 B08合金氧化膜相組成分析41
• 3.4 高溫氧化膜截面形貌分析41-44
• 3.4.1 B07合金氧化膜截面形貌分析41-43
• 3.4.2 B08合金氧化膜截面形貌分析43-44
• 3.5 高溫氧化機(jī)理分析44-45
• 3.6 本章小結(jié)45-47
• 第四章 B07和B08合金的高溫蠕變行為47-68
• 4.1 高溫蠕變曲線分析47-50
• 4.1.1 B07合金蠕變曲線分析47-48
• 4.1.2 B08合金蠕變曲線分析48-50
• 4.2 高溫冪律蠕變方程分析50-55
• 4.2.1 B07合金冪律蠕變方程分析50-53
• 4.2.2 B08合金冪律蠕變方程分析53-55
• 4.3 高溫持久強(qiáng)度分析55-60
• 4.3.1 B07合金高溫持久強(qiáng)度分析58-59
• 4.3.2 B08合金高溫持久強(qiáng)度分析59-60
• 4.4 蠕變組織分析60-66
• 4.4.1 B07合金蠕變組織分析60-63
• 4.4.2 B08合金蠕變組織分析63-66
• 4.5 本章小結(jié)66-68
• 第五章 結(jié)論與展望68-70
• 5.1 總結(jié)68-69
• 5.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 致謝75-76
• 碩士期間發(fā)表論文76

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