时效条件下Sanicro25耐热钢的析出相分析

摘要

中国的火力发电行业严重依赖于煤、天然气、石油等化石燃料，在不可再生资源日益减少的大环境下，为了减轻温室效应，合理利用不可再生资源，燃煤电厂要尽可能地提高发电机组的热效率，因此超超临界(A-USC)技术的研究是十分必要的。由于超超临界发电机组蒸汽参数的逐渐提高，更加严苛的工况环境要求机组用钢具备更好的耐高温性能、抗热疲劳性能、抗高温氧化性能和抗烟气腐蚀性能等。在高温环境中长期服役后耐热钢的组织稳定性以及冲击韧性都会降低，会严重影响机组的安全运行，因此对耐热钢长期服役期间组织稳定性的研究有着十分重要的实际意义。 Sanicro25钢(22Cr-25Ni-3.5W-3Cu)作为一种新型的奥氏体耐热钢，具备较高的蠕变强度、抗烟气腐蚀能力以及优秀的机械加工性能特别是焊接加工性能，成为700℃等级超超临界机组中再热器和过热器的潜在候选材料之一。目前Sanicro25钢只在部分欧洲国家试运行，尚未在国内正式服役。通过研究发现，Sanicro25钢在服役期间会出现韧性下降的现象，严重影响机组的安全运行，因此对Sanicro25钢第二相的析出行为还需要进一步的研究。 本文通过高温时效试验来研究Sanicro25钢在长期时效后的组织演化情况，利用电化学萃取试验研究了第二相的析出行为。借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析仪(XRD)等组织表征手段对Sanicro25钢在时效过程中析出相的种类、位置及形貌进行了确认；通过XRD半定量分析方法研究了Sanicao25钢时效过程中各析出相相对含量的变化；同时分析了不同温度下的时效处理对Sanicro25钢组织变化及力学性能的影响。 研究结果表明，供货态Sanicro25钢基体为均匀的奥氏体组织，晶内存在大量的孪晶组织以及未溶的富Nb元素的氮化物；时效后晶内和晶界上均有第二相析出，孪晶大量减少，随着时效过程的进行与高温时效温度的提升，析出相的数量与尺寸也在产生着变化；Sanicro25钢在时效后析出相种类主要有M23C6、NbCrN和Nb(N,C)相，晶界上连续析出的主要析出物为M23C6碳化物，晶内的析出相主要是NbCrN和Nb(N,C)；随着时效时间的延长，各析出相的相对含量也在逐渐变化，M23C6在析出相中的相对含量最多，M23C6和NbCrN相的相对质量分数先缓慢增加后逐渐趋于平衡；NbN相含量相对很少，其质量分数逐渐降低。Sanicro25钢的冲击韧性在时效后逐渐降低，断裂方式由韧性断裂转变为沿晶脆性断裂；在蠕变试验中的断裂方式主要以韧窝聚集型断裂为主。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外超超临界机组的发展

1.3 超临界和超超临界机组材料的发展

1.3.1 铁素体耐热钢的发展

1.3.2 镍基高温合金的发展

1.3.3 奥氏体耐热钢的发展

1.3.4 新型奥氏体耐热钢Sanicro25

1.4 Sanicro25合金研究现状

1.5 研究内容及意义

2 实验材料与实验方法

2.1 实验材料及热处理工艺

2.1.1 实验材料

2.1.2 时效热处理工艺

2.2 实验方法

2.2.1 材料的显微组织分析

2.2.2 力学性能测试

3.1 金相组织观察

3.2 扫描电子显微镜（SEM）下的相分析

3.3 电子探针(EPMA)的相分析

3.4 X射线衍射（XRD）的相分析

3.5 透射电子显微镜(TEM)的相分析

3.6 基于X射线衍射(XRD)方法的半定量分析

3.7 本章小结

4 Sanicro25钢于时效后力学性能的变化

4.1 时效前后显微维氏硬度的变化

4.2 冲击韧性的变化

4.3 Sanicro25合金蠕变断口分析

5 第二批Sanicro25管材于700℃时效后的组织变化

结论

参 考 文 献

致谢

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