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文檔簡介
1、隨著近年來對于提高核電蒸汽溫度、提升發(fā)電效率目標(biāo)的提出,傳統(tǒng)核電傳熱管材已不能滿足更為惡劣環(huán)境下服役的需求,因此開發(fā)一種具有優(yōu)異高溫氧化和蠕變性能的核電用材料迫在眉睫。本課題組通過理論分析與前期試驗研究設(shè)計制備了兩種新型奧氏體耐熱鋼,這兩種新型合金的成分分別是B07(Fe-30Ni-18Cr-0.4Nb-3Al-2Mo)及B08(Fe-35Ni-20Cr-0.4Nb-3Al-2Mo),但對合金高溫氧化及蠕變行為尚未深入理解,因此本文主要
2、研究了這兩種合金的高溫氧化及高溫蠕變行為。
本研究主要內(nèi)容包括:⑴采用靜態(tài)氧化稱重法研究了兩種合金的高溫氧化行為,在700~900℃氧化時,兩種合金氧化動力學(xué)曲線均遵循拋物線規(guī)律,B07合金900℃氧化100 h的增重為0.123 mg·cm-2,而相同條件下B08合金氧化增重僅為0.054 mg·cm-2,與傳統(tǒng)合金800H高溫抗氧化性能相比,新型合金的高溫抗氧化性能明顯提升。結(jié)合氧化膜表面形貌、相組成和橫截面分析,發(fā)現(xiàn)在7
3、00℃下,B07和B08合金表面氧化膜主要是Fe和Cr的混合氧化物(Fe0.6Cr0.4)2O3,B07合金氧化膜內(nèi)層存在一層富Al的氧化物,而B08合金內(nèi)層富Al氧化物并不明顯;在800℃和900℃下兩種合金的表面氧化膜均為Al2O3和(Al0.9Cr0.1)2O3,合金內(nèi)層富Al氧化物較700℃時更為明顯;對比不同氧化溫度下兩種合金的氧化膜厚度,發(fā)現(xiàn)B08合金的氧化膜厚度均小于B07合金,即B08合金具有更好的高溫氧化性能。結(jié)果表明
4、:合金中添加適量的Al元素能顯著提高材料的高溫抗氧化性能,同時更高含量的Ni元素有利于Al2O3氧化膜的形成。⑵對兩種新型合金進行高溫蠕變試驗可得,B07合金蠕變曲線具有典型穩(wěn)態(tài)蠕變?nèi)A段的蠕變斷裂模式,而B08合金只有初始蠕變階段和穩(wěn)態(tài)蠕變階段的蠕變斷裂模式,在相同溫度和應(yīng)力下,B08合金的穩(wěn)態(tài)蠕變速率較B07合金顯著提高。由穩(wěn)態(tài)蠕變速率與溫度和應(yīng)力的關(guān)系可知,B07合金蠕變的穩(wěn)態(tài)蠕變速率應(yīng)力指數(shù)n=6.98,蠕變表觀激活能Qc=72
5、0 kJ/mol;B08合金蠕變應(yīng)力指數(shù)n=16.35,蠕變表觀激活能為Qc=838 kJ/mol,因此第二相粒子強化是這兩種合金蠕變變形的主要機制。計算得出B07和B08合金在650℃、10000 h的持久強度分別為143 MPa和232 MPa,這兩種合金的蠕變持久強度均高于傳統(tǒng)合金800H。分析兩種合金蠕變斷裂后組織可知,B07合金在高溫蠕變后晶內(nèi)析出NbC和σ相,晶內(nèi)和晶界上析出M23C6,NbC和M23C6有效地阻礙位錯運動,
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