高氮奥氏体不锈钢的高温蠕变行为研究

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高氮奥氏体不锈钢具备强度高、塑性和断裂韧性好、蠕变抗性大、耐蚀性强、无磁等优异性能,在军工行业、海洋工程以及石油化工等领域内具有广阔的应用前景。随着全球镍资源短缺问题的日益凸显,用氮元素代替镍元素来生产高氮无镍奥氏体不锈钢受到各国学者及不锈钢生产厂家的关注。氮元素是一种廉价的合金化元素,可以在奥氏体不锈钢中间隙固溶,使该种材料在具有高强度的同时、具备良好的塑性和韧性。高温蠕变性能是钢铁材料的重要性能之一,材料的高温蠕变性能直接反映高温工作环境下材料的使用寿命和应变趋势。本论文基于我国超(超)临界锅炉用钢的研究和应用现状,采用专利技术制备高氮奥氏体不锈钢,前期研究数据显示:该材料具有较高的再结晶温度(开始再结晶温度980℃)、亚结构为高密度的纳米级孪晶、具有较高的热稳定性。本论文对该种材料的高温蠕变特性进行研究。本论文的实验材料为0Cr21Mn17Mo2NbN0.83高氮无镍奥氏体不锈钢,对常压条件下冶炼的0Cr21Mn17Mo2NbN0.83高氮无镍奥氏体不锈钢采取了热轧和固溶处理,采用国家标准加工成单轴拉伸蠕变试验试样,在恒定温度和恒定应力条件下分组对试样进行高温蠕变实验,以此研究高氮无镍奥氏体不锈钢的蠕变性能和温度和应力影响高氮钢抗蠕变性能的机制。将0Cr21Mn17Mo2NbN0.83钢进行1100℃热轧和1150℃下保温10h固溶处理后制成国家标准试样,使用RPL50高温电子蠕变疲劳试验机将0Cr21Mn17Mo2NbN0.83钢试样分别在温度为550℃-700℃应力为150MPa-210MPa范围内进行100h高温蠕变实验,并利用光学显微镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计等来分析高氮钢试样的力学性能和内部结构变化。实验表明100h试验后,600℃、180MPa下Cr2N析出物开始以细小颗粒状析出,蠕变应变为0.1%。700℃、180MPa下,蠕变应变为0.45%,Cr2N析出物逐渐增多,且析出物联接成网状结构。650℃、210MPa下,蠕变应变为2.32%,并且析出物增多,网状结构开始变粗。700℃、210MPa下,蠕变应变为3.69%,基体结构被破坏,高氮钢抗蠕变性能性能下降。
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