本文選題：馬氏體耐熱鋼　切入點：組織性能　出處：《北京科技大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：超超臨界機組作為高效火力發(fā)電機組,有助于實現(xiàn)火力發(fā)電的節(jié)能減排,是目前世界各國大力發(fā)展的火力發(fā)電機組。超超臨界機組對材料的要求更高,其中末級葉片是超超臨界機組中的關鍵部件,主要采用馬氏體型耐熱鋼生產。目前,國內尚不能自主生產高品質超超臨界機組汽輪機末級葉片用馬氏體耐熱鋼,仍存在很多尚未突破的技術難題,如鍛造技術、熱處理技術、力學性能各向異性消除技術、低溫初性改善技術、δ鐵素體消除技術等,尚未掌握其綜合質量控制技術,限制了我國超超臨界機組的發(fā)展。基于上述背景,國家"十二五" 863計劃提出超超臨界機組汽輪機末級葉片用馬氏體耐熱鋼開發(fā)項目。本文以600℃級超超臨界機組汽輪機末級葉片用鋼10Cr12Ni3Mo2VN為研究對象,圍繞組織性能作用機理和綜合質量控制技術兩個主題,對馬氏體耐熱鋼中的幾個共性科學問題以及技術難點進行系統(tǒng)研究,力求推動馬氏體耐熱鋼的進一步發(fā)展,同時為超超臨界機組汽輪機末級葉片用馬氏體耐熱鋼的國產化奠定基礎。通過對相變規(guī)律研究,明確了10Cr12Ni3Mo2VN鋼相變規(guī)律,測得相變溫度Ac1和Ac3分別約為750℃和925℃,δ鐵素體析出溫度約為1200℃,以及連續(xù)冷卻相變規(guī)律,冷速大于等于0.05℃/s時,奧氏體化后冷卻時僅發(fā)生馬氏體轉變。為鍛造工藝和熱處理工藝的制定和優(yōu)化提供理論依據。通過對熱處理工藝研究,明確了淬火和回火工藝對10Cr12Ni3Mo2VN鋼力學性能的影響規(guī)律,并提出優(yōu)化的熱處理工藝。此外對10Cr12Ni3Mo2VN鋼625℃回火脆性進行研究,發(fā)現(xiàn)該回火脆性屬于不可逆回火脆性,可通過在更高溫度回火消除。明確了回火過程中各類析出相的析出規(guī)律,及其對力學性能的影響機理,揭示了625℃回火脆性是由于M23C6沿晶界和馬氏體板條界析出導致的。通過對10Cr12Ni3Mo2VN鋼低溫韌性的研究,明確了晶粒尺寸、大尺寸M23C6(直徑500nm以上)以及回火溫度是影響10Cr12Ni3Mo2VN鋼低溫韌性的主要因素。細化晶粒和提高回火溫度能夠顯著提高低溫韌性,而大尺寸M23C6則嚴重破壞低溫韌性,并揭示了晶粒尺寸和大尺寸M23C6對低溫韌性的作用機理。明確了10Cr12Ni3Mo2VN鋼低溫韌性達到FATT50≤-35℃要求的組織控制目標。通過對10Cr12Ni3Mo2VN鋼力學性能各向異性研究,明確了力學性能各向異性是由組織中沿鍛材軸向分布的條帶狀δ鐵素體導致的,與其他析出相無關,且熱處理工藝對力學性能各向異性影響不大。揭示了δ鐵素體對力學性能各向異性的作用機理,δ鐵素體通過促進條帶狀脆性裂紋的產生降低鍛材橫向沖擊性能。明確了消除力學性能各向異性的關鍵是消除鍛材中條帶狀δ鐵素體。遍過熱模擬實驗對10Cr12Ni3Mo2VN鋼高溫變形行為研究,測得完全動態(tài)再結晶溫度約為1100℃,明確了高溫變形組織對熱處理后組織的遺傳性,以及變形溫度和變形量對組織的影響規(guī)律。揭示了10Cr12Ni3Mo2VN鋼在800℃的高溫拉伸脆性是由于高溫下晶界弱化,變形時晶界滑移產生沿晶裂紋導致,細化晶粒有助于改善高溫塑性。提出了采用高溫大變形工藝實現(xiàn)組織均勻化和細化的鍛造技術。研究表明室溫下鍛材中的δ鐵素體屬于非平衡相,是由于電渣錠化學成分顯微偏析造成的。鍛材中δ鐵素體難以通過熱處理工藝消除,電渣錠中δ鐵素體可通過高溫固溶減少,但固溶速率較低。研究發(fā)現(xiàn)高溫變形能夠顯著提高δ鐵素體的固溶速率,高溫變形通過增加δ鐵素體表面積和內部晶界促進6鐵素體固溶。提出了通過大變形后固溶提高δ鐵素體固溶速率的技術,并提出了消除δ鐵素體的綜合控制技術。結合基礎特性和組織性能關系的研究,提出了高品質10Cr12Ni3Mo2VN鋼包括熱變形工藝、熱處理工藝以及組織性能控制的綜合質量控制技術,并應用于實際生產,實現(xiàn)了無δ鐵素體、無各向異性、低溫韌性良好的高品質10Cr12Ni3Mo2VN鋼國產化穩(wěn)定大生產,以及葉片的制造和裝機使用。
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【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG142.1

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本文編號：1652014