700℃等级超超临界电站用含铝奥氏体钢的高温强化

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新型含铝奥氏体耐热钢(AFA)拥有优异抗高温蠕变性能和抗氧化能力,同时兼顾经济成本,有望成为新一代耐高温材料应用于700℃超超临界锅炉关键部件,其高温氧化抗力优于商用耐热钢和高温合金。本论文通过关键微量元素含量的修正,结合调整制备工艺,研究满足700C等级超超临界机组应用要求的新型耐腐蚀奥氏体不锈钢的成分设计原理和组织调控手段,评估其高温蠕变/持久性能,表征高温蠕变/持久前后的微观组织演变。AFA主要依靠MX相即NbC的析出强化以及Nb的固溶强化。NbC是否呈现纳米尺度析出、并均匀分布在基体中,就显得尤为重要。从Jmatpro计算的平衡相图中发现NbC会在1360℃左右从液相中先析出来,故容易形成大块的液析NbC相,经高温固溶处理难以消除,影响AFA的高温性能。AFA中添加稀土可以阻碍初生NbC的析出,减少初生相中的大块NbC对样品性能的不利影响。通过热机械处理能够抑制晶粒在最终稳定化处理过程中的粗化,获得较细的晶粒度。复合地加入Nb-V(部分V替换等原子比的Nb),并进一步降低C含量(至0.04wt%)水平能够从根本上有效地抑制粗大液析NbC的析出,有利于在后续处理过程中获得弥散细小均匀分布的NbC,其高温强化效果要比单独加入Nb高出许多,能大幅提高样品的抗高温蠕变性能。屈服强度并不能作为衡量AFA最终蠕变性能的唯一指标,为了更加直观的比较各个样品抵抗塑性变形的能力,从而为选取高温蠕变性能优良的样品提供依据,采用了求应变硬化指数n的方法来进行处理,n值大小表示了材料应变强化能力或对进一步塑性变形的抗力。通过一系列对比实验,得到了最佳的AFA成分配比和加工工艺,得到的样品在700℃150MPa的高温蠕变寿命为1536.9小时,完全达到了预期的实验设想。该样品蠕变前样品中的析出相只有细小弥散的尺寸为10-20nm的NbC,在蠕变过程中起主要强化作用。蠕变后样品中NbC略有粗大。增多,且发现100nm左右的NiAl相和100nm左右的Laves相。
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