新型Fe-Cr-Ni-Nb-Al-Mo奧氏體鋼的高溫抗氧化及蠕變行為研究.pdf

1、隨著近年來對(duì)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(yàn)研究設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)，兩種合金氧化動(dòng)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(shí)更為明顯；對(duì)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(shí)更高含量的Ni元素有利于Al2O3氧化膜的形成。⑵對(duì)兩種新型合金進(jìn)行高溫蠕變?cè)囼?yàn)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(qiáng)化是這兩種合金蠕變變形的主要機(jī)制。計(jì)算得出B07和B08合金在650℃、10000 h的持久強(qiáng)度分別為143 MPa和232 MPa，這兩種合金的蠕變持久強(qiáng)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(cuò)運(yùn)動(dòng)，