新型奥氏体不锈钢管材的室温力学性能和热疲劳性能的研究

摘要

蒸汽发生器传热管作为超（超）临界火电机组关键部件，其使用温度高达600℃以上，对钢的持久蠕变性能、抗腐蚀性能、热疲劳性能、冷热成形性能及焊接性能提出了极高的要求。铁素体耐热钢成本较低，但使用温度低于600℃，镍基合金高温性能优良，但价格昂贵，一般仅用于700℃以上的机组中。本课题组通过多年研究奥氏体钢的经验，利用多元复合强化原理，在Cr-Ni奥氏体不锈钢基础上优化Ti、N、Cu含量或Al、Nb、Ni含量等，开发了两个系列的奥氏体耐热钢。本研究选取了其中两个高温性能优良的H1与H2钢种，主要研究其穿管后管材的常温力学性能与热疲劳性能，并与800H钢进行比较。通过研究得到以下结论： （1）对穿管后的实验钢进行常温力学性能分析，H1、H2和800H钢均为单一的奥氏体组织，H1实验钢中晶粒细小且存在孪晶，800H实验钢中晶粒较粗大也含有孪晶，H2 实验钢晶粒最大，室温下的硬度分别是 206.1HV、169.1HV、194.7HV；H1和H2实验钢的拉伸断裂是韧性断裂，800H是剪切断裂，抗拉强度分别为646.5MPa、560.7MPa、547.5MPa，H1断口上未发现夹杂物，H2和800H断口上存在夹杂物；同等冲击条件下，H1实验钢未被冲断，H2和800H实验钢都被冲断，三种实验钢的冲击断裂都属于塑性断裂，冲击吸收能量分别是231.5J、171.2J、140.7J。实验数据表明H1的综合力学性能相对较好，800H钢相对弱些。 （2）热疲劳试验中，随着实验温度的升高，裂纹萌生时间缩短，H1的裂纹萌生时间最长，800H的萌生时间最短；裂纹优先在V型缺口处萌生，随着温度升高，晶界也成为裂纹源。同时，裂纹的扩展以沿晶扩展为主，在实验温度较低时，部分裂纹也会穿晶扩展；裂纹的扩展速度随温度升高而加快，H1 的扩展速率最小，800H的扩展速率最大。 （3）经过对三种实验钢中晶界处的析出物与氧化物分析，其析出物主要是(Cr,Fe)23C6等碳化物和氧化物主要是Cr2O3等，这些析出物与氧化物会影响基体的韧性和晶界结合力，导致裂纹容易在晶界处萌生和扩展。在热疲劳试验之后，其组织仍为单一的奥氏体组织，表面的显微硬度较初始硬度都高出11%以上，实验温度越低，硬化效果越明显。同时，在高温回复条件下，随着上限温度的增加实验钢硬度有所降低。

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大论文，终稿