【摘 要】
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随着社会的发展,用电需求量的增加,汽轮机组的容量朝着大型化发展。护环是汽轮机组核心部件,承受来自转子转动的迭加载荷,服役于潮湿腐蚀性环境,因此护环应具有足够高的强度,良好的韧性、较小的残余应力以及奥氏体无磁性,其性能的好坏直接影响汽轮机组安全稳定运行。然而护环钢在生产使用过程当中面临两大问题,一是在后期热锻过程中容易开裂,造成成材率低,难以批量生产。二是抗腐蚀性能较差,在服役过程中,护环由于抗腐蚀
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随着社会的发展,用电需求量的增加,汽轮机组的容量朝着大型化发展。护环是汽轮机组核心部件,承受来自转子转动的迭加载荷,服役于潮湿腐蚀性环境,因此护环应具有足够高的强度,良好的韧性、较小的残余应力以及奥氏体无磁性,其性能的好坏直接影响汽轮机组安全稳定运行。然而护环钢在生产使用过程当中面临两大问题,一是在后期热锻过程中容易开裂,造成成材率低,难以批量生产。二是抗腐蚀性能较差,在服役过程中,护环由于抗腐蚀性能差导致难以估量的后果。本文以添加稀土 Ce的AF-3钢为研究对象,通过热模拟压缩实验、金相观察、电子扫描显微镜、电化学实验等方法对稀土 Ce加入AF-3钢的显微组织、高温热变形行为以及点蚀、晶间腐蚀行为进行表征和分析,探讨分析稀土的细化、净化、微合金化以及变质夹杂作用,并重点分析了稀土 Ce对AF-3钢的热加工性能及腐蚀性能的影响机理。研究结果表明:（1）Ce的深脱氧脱硫效果比较明显,达到很好的净化钢液的目的;Ce能够改变夹杂物的形貌,将不规则带有棱角的夹杂物过渡到膨胀系数和弹性模量与基体相似的球形或者近似球形的稀土夹杂物,有效降低钢种在热锻过程中沿着棱角开裂的概率;稀土具有弥散强化作用,使得夹杂物呈细小弥散状分布于基体中,夹杂物受力均匀,降低了材料的各向异性。（2）通过单道次热模拟压缩实验获得真应力-真应变曲线,研究表明在热加工初始阶段由于加工硬化作用使流变应力迅速上升,而后以动态回复和动态再结晶为主的软化过程与加工硬化共同作用使流变应力进入平稳阶段。当变形速率相同时,流变应力随温度的升高而降低,当变形温度相同时,流变应力随应变速率的增加而升高。（3）低变形温度下稀土 Ce的加入提高了材料热变形过程中的流变应力,具有强化晶界,细化晶粒的作用。热变形激活能随真应变的增加而降低,当真应变小于0.35时,Ce的加入提高了材料的热变形激活能,当真应变超过0.35时,Ce降低了热变形激活能,提高了材料的热加工性能。构建AF-3+Ce钢的热变形本构方程为:ε=1.805 × 1018[sinh（0.00993ρP）]4.984exp（-528523/RT）对应的流变应力方程:（？）（4）建立AF-3+Ce钢的预测模型,利用流变应力方程预测流变应力,平均相对误差δ=6.742%,说明本文中建立的预测模型可以有效的预测AF-3+Ce钢不同变形条件下的流变行为。变形温度越高,应变速率越小,动态再结晶程度越高,热加工性能越好。（5）功率耗散因子较高的区域对应于高变形温度、低应变速率的区域,此区域动态再结晶程度高。稀土 Ce的加入可以提高功率耗散因子值,扩大可加工区域面积,动态再结晶过程更加完全,提升了 AF-3钢的热加工性能。AF-3钢最佳的热加工窗口为变形温度1050～1200℃,应变速率0.01～0.1 s-1。（6）加入稀土 Ce可以降低腐蚀电流密度,提高自腐蚀电位和点蚀电位,增加AF-3钢的钝化膜阻抗值,这主要是由于稀土深度净化钢液的作用,减少了以夹杂物为主的点蚀源,另外稀土氧化物在试样的表面生成致密的钝化膜阻碍氯离子侵蚀。借助EPR法测定AF-3钢的再活化率Ir/Ia和Qr/Qa随着时效时间的延长表现为先增大后减小的趋势。在时效时间30 min时达到最大值,耐晶间腐蚀能力最差。稀土元素提高了再活化率,说明Ce的加入降低了 AF-3钢的耐晶间腐蚀性能,主要是由于Ce元素强化了基体,导致Cr元素向晶界附近贫铬区移动的速度降低,Cr在晶界附近得不到及时补充,耐晶间腐蚀性能降低。
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