高温敏化和形变对HR3C钢析出行为及性能的影响

摘要

HR3C奥氏体耐热不锈钢因其突出的高温力学性能和优良的抗高温腐蚀性能，成为超超临界（USC）锅炉中高温过热器和再热管道的优选材料。然而，长期在高温环境中服役，HR3C钢的组织和性能会发生变化。暴露在600~800℃的高温环境下，会导致富 Cr的碳化物（M23C6）在晶界处析出，并伴随着贫铬区在晶界附近形成，贫铬区的形成会使 HR3C钢面临晶间腐蚀（IGC）的风险。系统地研究高温敏化及形变对HR3C钢晶界析出行为及性能的影响，可以为开发新型耐热钢、制定合理的热处理工艺和加工工艺、改善耐晶间腐蚀性能提供实验依据。
　　HR3C钢分别在600℃、650℃、700℃、750℃和800℃下进行敏化处理24 h后，随着敏化温度的升高，晶粒尺寸呈现出先增大后减小的趋势；晶界处 M23C6型碳化物的析出量不断增多，碳化物形貌由连续薄片状向不连续条状颗粒转变，且碳化物尺寸逐渐增大。随着敏化温度的升高，硬度不断提高；晶间腐蚀敏化度（DOS）呈现出先升高后降低的趋势，可将变化趋势分为两个区域：（I）敏化主导区（<700℃）和（II）脱敏主导区（700~800℃），经过双环电化学动电位再活化（DL-EPR）测试后的晶间腐蚀形貌能够很好地符合敏化度的变化。
　　HR3C钢在800℃下敏化处理0.5 h、5 h、10 h、24 h及48 h后，随着敏化时间的延长，晶粒尺寸呈现出减小的趋势；在敏化初期，M23C6型碳化物在晶界处不连续析出，随着敏化的进行，碳化物呈连续网状分布，且晶内孪晶端部也有碳化物析出；晶界处碳化物的析出量不断增多，并且其形貌由连续的薄片状向断续的条状颗粒转变；在800℃敏化过程中，晶界处碳化物的析出动力学方程可描述为：f=1?exp(-0.00625t0.498)。随着敏化时间的延长，硬度会先升高后降低；晶间腐蚀敏化度的变化表现为先增大后减小、最后趋于稳定，可将变化趋势分为三个区域：（I）敏化主导区（0~5 h）、（II）脱敏主导区（5~24 h）和（III）平衡区（24~48 h），经过DL-EPR测试后的晶间腐蚀形貌和敏化度的变化之间存在着较好的对应关系。
　　压缩变形10%、30%和50%的HR3C钢在800℃下敏化处理后，基体组织仍为单相奥氏体。随着变形量的增加，晶粒沿着垂直于压缩轴的方向逐渐被拉长且晶粒内部出现平行分布的形变滑移带。当变形量为10%时，随着敏化时间的延长，晶界和孪晶界处均有连续M23C6型碳化物的析出，且碳化物不断粗化；当变形量增加到30%和50%时，变形且敏化后试样的晶界、孪晶界、滑移变形带及晶内均会析出细小且弥散分布的M23C6型碳化物。未敏化的HR3C钢的硬度随着变形量的增加急剧升高，变形10%的试样硬度随着敏化的进行呈现出上升的趋势，变形30%和50%的试样硬度随着敏化的进行呈现出下降的趋势。在不同的变形量和敏化时间下，晶间腐蚀敏化度变化不大，均处于较低的水平；结合DL-EPR测试后的晶间腐蚀形貌图，变形后的HR3C钢均具有良好的抗晶间腐蚀性能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 超超临界发电机组的发展

1.3 超超临界机组用耐热钢的发展

1.4 HR3C奥氏体耐热不锈钢的研究现状

1.5 晶间腐蚀及其评价方法

1.6 本文的研究内容及意义

1.7 本文的研究技术路线

参考文献

第二章 敏化温度对HR3C钢析出行为及性能的影响

2.1 引言

2.2 实验材料与研究方法

2.3 实验结果与讨论

本章小结

参考文献

第三章 敏化时间对HR3C钢析出行为及性能的影响

3.1 引言

3.2 实验材料与研究方法

3.3 实验结果与讨论

本章小结

参考文献

第四章 形变对HR3C钢析出行为及性能的影响

4.1 引言

4.2 实验材料与研究方法

4.3 实验结果与讨论

本章小结

参考文献

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文