时效和蠕变对预变形SUPER304H奥氏体不锈钢析出行为和晶间腐蚀性能的影响

摘要

SUPER304H钢是一种新型18-8奥氏体不锈钢,由于它优异的综合性能被用于制造超超临界锅炉的过热器和再热器(SH/RH)。本文主要研究了时效、蠕变对未变形、15％、20%预变形SUPER304H奥氏体不锈钢析出行为及晶间腐蚀性能的影响,探索了表面喷丸对SUPER304H钢高温时效组织结构和晶间腐蚀敏感性的影响,分析测试了各种处理状态SUPER304H样品硬度变化。利用透射电镜(TEM)观察析出相的形状、大小、分布特征,利用X射线衍射技术分析析出相的晶体结构,结合能谱分析仪对析出相化学成分进行分析。通过双循环动电位再活化(DL-EPR)实验评价其晶间腐蚀性能。得到以下结论：未变形、15%、20%预变形SUPER304H钢经700℃下不同时间时效处理后,样品硬度随着变形量增加而增大。三种不同变形量样品晶界的析出物主要是M23C6型碳化物,晶粒内部及晶体缺陷处析出MC型碳化物。随着变形量和时效时间增加,沉淀相析出数量及大小均增加。随着变形量增加,SUPER304H钢再活化率降低,晶间腐蚀敏感性降低,抗晶间腐蚀性能得到改善。未变形、15%、20%预变形SUPER304H钢在700℃、180MPa下的蠕变过程中发生了强化和软化现象。与未变形样品相比,15%和20%预变形样品硬度有了较大提高。随着蠕变时间增加,预变形样品硬度降低缓慢。蠕变过程中SUPER304H钢在晶界处断续析出面心立方的(Cr,Fe)23C6颗粒,在晶粒内部和晶体缺陷处析出面心立方结构的MC型颗粒。随着变形量和蠕变时间增加,沉淀相析出数量及大小均增加。SUPER304H钢抗晶间腐蚀性随变形量增加而降低。对于未变形样品,抗晶间腐蚀性随蠕变时间延长而下降。预变形加速了SUPER304H不锈钢的敏化/脱敏过程。SUPER304H钢经不同喷丸工艺处理后表层硬度明显增大,提高到心部硬度的一倍以上,随着距表面距离增加,显微硬度逐渐下降。随着喷丸强度和喷丸时间增加,衍射峰逐渐宽化,表面结晶度逐渐下降,晶粒细化层变厚,表层硬度逐渐提高。表面喷丸强化处理的SUPER304H钢的抗晶间腐蚀性能比原始粗晶状态有了明显提高。喷丸强化明显加速了SUPER304H不锈钢的敏化/脱敏过程。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 SUPER304H不锈钢简介

1.2 合金元素对SUPER304H不锈钢性能的影响

1.2.1 Cu对SUPER304H不锈钢性能的影响

1.2.2 Ti和Nb对SUPER304H不锈钢性能的影响

1.2.3 N对SUPER304H不锈钢性能的影响

1.3 SUPER304H不锈钢的力学性能

1.3.1 SUPER304H不锈钢的持久性能

1.3.2 SUPER304H不锈钢的抗拉性能

1.3.3 SUPER304H不锈钢的抗蒸汽氧化性能

1.3.4 SUPER304H不锈钢的抗高温耐腐蚀性能

1.3.5 SUPER304H不锈钢的焊接性能

1.4 时效及沉淀硬化

1.5 不锈钢的蠕变行为

1.5.1 蠕变

1.5.2 蠕变变形机制

1.6 晶间腐蚀及其评价方法

1.6.1 晶间腐蚀机理

1.6.2 影响晶间腐蚀的因素

1.6.3 晶间腐蚀评价方法

1.6.4 EPR

1.7 SUPER304H钢管内壁喷丸原理

1.8 本文的研究意义及内容

1.9 技术路线图

2 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.2 材料的加工及预处理

2.2.1 材料的加工

2.2.2 时效处理

2.2.3 蠕变实验

2.2.4 喷丸后时效处理

2.3 硬度测试

2.4 金相组织观察

2.5 双循环电化学动电位再活化(DL-EPR)法测试

2.6 表面形貌观察

2.7 X射线衍射分析(XRD)

2.8 透射电子显微镜(TEM)测试

3 时效对预变形SUPER304H不锈钢组织结构和性能的影响

3.1 时效对预变形SUPER304H不锈钢硬度的影响

3.2 时效对预变形SUPER304H不锈钢析出行为的影响

3.2.1 析出相X射线衍射(XRD)分析

3.2.2 析出相TEM分析

3.2.3 预变形SUPER304H不锈钢时效析出相关理论分析

3.3 时效对预变形SUPER304H不锈钢晶间腐蚀性能的影响

3.3.1 时效时间对晶间腐蚀性能的影响

3.3.2 变形量对晶间腐蚀性能的影响

3.4 本章小结

4 蠕变对预变形SUPER304H不锈钢组织结构和性能的影响

4.1 蠕变对预变形SUPER304H不锈钢析出行为的影响

4.1.1 金相组织分析

4.1.2 透射电镜(TEM)分析

4.2 蠕变对预变形SUPER304H不锈钢硬度的影响

4.2.1 硬度测试

4.2.2 预变形SUPER304H不锈钢强化机制

4.3 蠕变对预变形SUPER304H不锈钢晶间腐蚀性能的影响

4.3.1 双循环电化学动电位再活化(DL-EPR)法测试

4.3.2 扫描电镜测试分析

4.4 本章小结

5 表面喷丸对SUPER304H不锈钢组织结构和性能的影响

5.1 表面喷丸对SUPER304H不锈钢硬度的影响

5.2 表面喷丸对SUPER304H不锈钢微观组织的影响

5.2.1 金相组织分析

5.2.2 XRD分析

5.3 表面喷丸对SUPER304H不锈钢晶间腐蚀性能的影响

5.3.1 不同工艺对SUPER304H不锈钢晶间腐蚀性能的影响

5.3.2 喷丸强度和时效对SUPER304H不锈钢晶间腐蚀性能的影响

5.3.3 喷丸时间和时效对SUPER304H不锈钢晶间腐蚀性能的影响

5.4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况