一种700℃以上等级超超临界电站锅炉用奥氏体耐热钢的研究

摘要

为了应对全球能源需求增长以及化石燃料燃烧所引起的气候变化问题，我们必须提高火力发电的效率，减少煤耗和CO2排放。提升火电机组效率，必须提高锅炉的蒸汽温度和压力，因此对关键机组材料的高温强度、抗高温氧化能力和加工性能提出了更为苛刻的要求。奥氏体耐热钢具有高温强度高，微观结构稳定的特点，很有潜力成为超700℃火电机组用高温材料。
　　本文采用JMatPro软件模拟以 Sanicro25为基础成分的奥氏体耐热钢的平衡相图，研究C、Cr、Ni和W等元素对奥氏体耐热钢中常见的MX、M23C6、Laves和Z相等析出相的析出温度和析出量的影响，为奥氏体耐热钢的析出相调控研究提供理论数据。
　　分别对C元素以及C、Cr、Ni和W四种元素进行含量调控，研究成分微调对试验奥氏体耐热钢析出相的影响。只减少C的含量，无法消除粗大MX相，同时析出了粗大条棒状的Z相，晶界连续分布的析出相由M23C6变为Laves，抗高温蠕变性能降低。同时调控C、Cr、Ni和W四种元素，虽然没有消除粗大MX相，但没有析出M23C6并且Laves相析出减少，蠕变过程也析出了更多细小MX相和Z相，提高了抗高温蠕变性能。
　　研究 Al含量为2.5wt.%的氧化铝保护膜自发形成奥氏体钢（AFA钢），发现在750℃/150MPa的参数下蠕变有 L12型 Ni3Al析出。利用OM、SEM和TEM分别对含N和不含N的AFA钢进行微观组织分析和表征，蠕变测试结果显示含N的AFA钢抗高温蠕变性能优于不含N的AFA钢。采用热机械处理工艺制备AFA钢，一定程度上改善了AFA钢的组织和抗高温蠕变性能。
　　在AFA钢中加入Ti，研究Ti元素对AFA钢析出相及其高温力学行为的影响。结果表明，Ti元素的加入可以有效增加L12型Ni3(Al,Ti)的析出量，从而提高耐热钢的抗高温蠕变性能。加入Ti的同时增加C的含量，蠕变过程中还可析出细小的MX相，试验钢的抗高温蠕变性能进一步提高。
　　对各试验钢进行750℃空气氧化实验，利用SEM观察各试验钢氧化膜表面和横截面形貌，剖析氧化膜结构。实验结果表明，AFA钢在750℃空气条件下可以形成致密的Al2O3氧化层；而Ti的加入会导致内氧化发生，形成具有双层结构的氧化膜。各试验钢的高温抗氧化性能均优于Super304H钢。

目录

声明

第一章 绪论

1.1前言

1.2 火电机组用耐热钢的发展

1.3 新型奥氏体耐热钢的国内外最新研究

1.4 超700℃火电机组用奥氏体耐热钢的研究目的和意义

1.5 本文研究内容

第二章 平衡相图模拟及其热力学分析

2.1引言

2.2实验过程

2.3实验结果与分析

2.4 小结

第三章 成分微调对试验钢微观组织及蠕变性能的影响

3.1引言

3.2 降低C含量对奥氏体耐热钢的组织及蠕变性能的影响

3.3 成分综合调控对奥氏体耐热钢的组织及蠕变性能的影响

3.4 小结

第四章 Al合金化对试验钢微观组织及蠕变性能的影响

4.1 引言

4.2 含N的AFA钢的微观组织及蠕变性能

4.3 不含N的AFA钢的微观组织及蠕变性能

4.4 热机械处理对AFA钢的微观组织及蠕变性能的影响

4.5 小结

第五章 Ti对试验钢微观组织及蠕变性能的影响

5.1 引言

5.2 实验过程

5.3 实验结果与分析

5.4 小结

第六章 试验钢的氧化腐蚀行为及表面氧化膜的形成演化

6.1引言

6.2 实验过程

6.3 实验结果与分析

6.4 小结

第七章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文