新型馬氏體耐熱鋼的設(shè)計與研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺成為社會發(fā)展的瓶頸，因此提高現(xiàn)有能源的利用率顯得尤為重要。燃煤發(fā)電用超臨界、超超臨界汽輪機(jī)通過提高蒸汽的溫度和壓力可以明顯提高能源的利用率。而提高蒸汽溫度和壓力的關(guān)鍵是耐熱鋼，本研究馬氏體耐熱鋼擬應(yīng)用于該類機(jī)組，材料的工作溫度是650℃，但是該類馬氏體耐熱鋼的研究處于探索階段，為此本課題擬設(shè)計新型馬氏體耐熱鋼，并進(jìn)行深入研究。
　　 本文分析了馬氏體耐熱鋼的強(qiáng)化機(jī)制，包括固溶強(qiáng)化、析出相強(qiáng)化等，以

2、材料的強(qiáng)化機(jī)制為基礎(chǔ)，設(shè)計了新型馬氏體耐熱鋼。參考現(xiàn)有牌號的馬氏體耐熱鋼的成分、力學(xué)性能及其設(shè)計過程，利用Thermo-calc軟件模擬了元素含量對馬氏體耐熱鋼平衡相組成的影響，最后確定新型馬氏體耐熱鋼的合金成分，由于P、S是有害元素，其成分應(yīng)控制在一定含量以下。
　　 通過熱處理對所設(shè)計的新型馬氏體耐熱鋼的顯微組織和析出相進(jìn)行進(jìn)一步的控制。以同類型材料的熱處理工藝為基礎(chǔ)，結(jié)合熱處理經(jīng)驗公式及Thermo-calc模擬的平衡卡相

3、圖，確定新型馬氏體耐熱鋼的熱處理工藝是1100℃×2h正火，然后分別進(jìn)行660℃×2h、700℃×2h、740℃×2h回火，回火隨爐冷卻到300℃時出爐空冷。
　　 材料在1100℃×2h正火+660℃×2h回火后的抗拉強(qiáng)度超過1000MPa，沖擊功約為10J；材料在1100℃×2h正火+740℃×2h回火后的抗拉強(qiáng)度900MPa，沖擊功16J。顯微組織觀察表明：鑄態(tài)組織、660℃回火后的顯微組織均是典型的板條馬氏體；700℃回

4、火后的材料晶粒粗化，馬氏體板條特征弱化；在740℃回火，晶粒粗化十分明顯，馬氏體的板條特征更加弱化，微區(qū)成分分析表明此時有更多的析出物析出。材料在1100℃×2h正火+660℃×2h回火后主要析出物是Cr23C6、MX型化合物；材料在各個熱處理狀態(tài)均有鐵素體存在。
　　 根據(jù)力學(xué)性能測試結(jié)果，得出較優(yōu)的熱處理工藝是：1100℃正火+660℃-700℃回火。
　　 采用減重法對材料進(jìn)行高溫抗氧化性能試驗。材料在650℃氧化

5、100h的平均氧化速度為0.52g/m2h，在750℃氧化100h的平均氧化速度為1.0g/m2h。650℃氧化100h主要的析出相是Cr7C3、MoC以及α鐵素體，在750℃氧化的主要析出相是Cr7C3、MoC、α鐵素體及M2X型化合物V2C、Nb2C。
　　 材料在300℃的高溫抗拉強(qiáng)度為695MPa，在500℃的高溫抗拉強(qiáng)度為480MPa。隨著拉伸溫度的升高，材料的抗拉強(qiáng)度和韌性都降低，高溫拉伸斷口無明顯塑性變形，呈脆性斷