10CrMoWVNbN鐵素體耐熱鋼組織與性能研究.pdf

1、為適應(yīng)開發(fā)超超臨界氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的需要，國內(nèi)鋼廠從國外引進(jìn)了多種高性能的改性9～12Cr鋼。10CrMoWVNbN(10705AJ)就是其中的一種。為了加快對(duì)該鋼在超超臨界發(fā)電機(jī)組的使用，突破國外廠商的技術(shù)壁壘，迫切要求自行掌握該鋼種的性能數(shù)據(jù)和組織演化，以充分發(fā)揮其性能，并實(shí)現(xiàn)該鋼的國產(chǎn)化。 本文對(duì)該鋼的組織與性能進(jìn)行兩個(gè)方面的考察，一是研究熱處理制度對(duì)組織的影響，二是高溫力學(xué)行為和蠕變過程中的組織演變。 通過對(duì)不同熱

2、處理制度得到的樣品，采用OM，EBSD和TEM分別研究其組織，形貌和亞結(jié)構(gòu)，研究固溶溫度和回火溫度對(duì)組織的影響；并對(duì)這些樣品進(jìn)行萃取試驗(yàn)，研究樣品中碳化物的質(zhì)量百分比。發(fā)現(xiàn)：對(duì)于六合樣品合適的熱處理制度為1140℃淬火1h，680℃回火2h；上五的樣品，采用1100℃淬火1h，660℃回火2h；對(duì)萃取碳化物的研究，六合樣品的碳化物析出量較上五的高，但性能是否優(yōu)異，仍待進(jìn)一步檢驗(yàn)；回火過程中，組織內(nèi)存在原位再結(jié)晶現(xiàn)象，使馬氏體板條破碎，形

3、成新的晶粒，通過對(duì)亞結(jié)構(gòu)的觀察分析，回火后晶粒內(nèi)部大量位錯(cuò)纏結(jié)，形成亞晶，碳化物在晶界處彌散析出。 高溫力學(xué)性能研究中，分別進(jìn)行了短期蠕變?cè)囼?yàn)和長時(shí)蠕變?cè)囼?yàn)。短期蠕變?cè)囼?yàn)中，對(duì)蠕變第一階段進(jìn)行了唯象分析，蠕變第一階段的激活能為45.7 ～ 119.7 kJ/mol，遠(yuǎn)低于Fe在?-Fe及?-Fe中自擴(kuò)散的激活能(280 kJ/mol)；且蠕變激活能隨應(yīng)力增大而減小，表明應(yīng)力高，靠溫度提供能量起伏小；研究了蠕變最小速率與應(yīng)力和溫度

4、的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)10705AJ材料的應(yīng)力指數(shù)在2左右，比較偏低，對(duì)應(yīng)的變形機(jī)制主要為位錯(cuò)滑移控制，材料析出相對(duì)位錯(cuò)釘扎作用較弱；而通過對(duì)最小蠕變速率與溫度關(guān)系研究，激活能存在兩個(gè)區(qū)間，對(duì)應(yīng)兩種變形機(jī)制。長時(shí)蠕變?cè)囼?yàn)研究了穩(wěn)態(tài)蠕變速率與應(yīng)力的關(guān)系，得到的應(yīng)力指數(shù)較短期蠕變數(shù)據(jù)分析有所出入，一方面是短期蠕變行為的試驗(yàn)仍需改進(jìn)；另一方面，材料自身的缺陷也是造成性能變化較大的因素。 蠕變過程的組織演變，分別采用了AFM研究了短期蠕變?cè)嚇拥男?/p>

5、貌像，EBSD研究了長時(shí)蠕變組織的顯微結(jié)構(gòu)和TEM研究了亞結(jié)構(gòu)。短期蠕變?cè)囼?yàn)中，適當(dāng)?shù)膽?yīng)力能促使細(xì)小彌散的碳化物分布在晶界處，改善材料的蠕變性能，而在高溫低應(yīng)力下卻更易加劇碳化物析出長大的不均勻性。EBSD和TEM分析都表明在蠕變過程中有亞晶（界）生成，除存在原始大角度晶界的連續(xù)破壞外，還存在亞晶界和大角度晶界的動(dòng)態(tài)生成現(xiàn)象。在回火和蠕變過程中都存在原位再結(jié)晶和形核再結(jié)晶機(jī)制的競爭關(guān)系，隨溫度上升，碳化物釘扎晶界作用減弱，后者的作用上升