新型奧氏體耐熱合金的設計、制備及其熱變形行為與機理研究.pdf

1、提高核電機組制造水平是《中國制造2025》中指出的研究重點，其中核電機組蒸汽發(fā)生器傳熱管是直接連接電力裝備“心臟”的“血管”，是關鍵部件中的核心，它決定了裝備的高參數和高可靠性。目前國際上此類管材均用 Fe-Cr-Ni合金制造，主要有800系列和鎳基690系列，而現(xiàn)階段國內傳熱管材仍以此類進口材料為主，缺少自主知識產權。本研究明確實際應用背景，力求開發(fā)新型傳熱管用材料，既要保證其優(yōu)異的使用性能，同時又要具備優(yōu)良的加工性能。
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2、對現(xiàn)有傳熱管的服役特性，以改善高溫氧化和提高高溫蠕變強度為目標，研發(fā)出低成本高性能的新型奧氏體耐熱合金CHDG-B，常規(guī)力學指標和高溫抗氧化性達到或超過同類產品Incoloy800H，并研究合金的高溫抗氧化性能和高溫蠕變性能。結合Gleeble熱力模擬方法，著重研究新材料的熱加工性能。本文利用金相顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、電子背散射衍射（EBSD）等微觀表征技術，分析高溫氧化成膜過程、熱變形過程中的組織演變

3、規(guī)律，為優(yōu)化最終實際的成形工藝及控制最終產品的組織與性能提供科學指導。論文的主要創(chuàng)新點與結論如下：
　　1.本研究設計并制備出一種新型傳熱管用材CHDG-B合金。即在Fe、Cr、Ni基中加入一定量的Al、Nb等元素，通過優(yōu)化設計使材料在保證奧氏體基體同時（含有少量彌散分布的NbC粒子），可在高溫下形成致密、穩(wěn)定、一定厚度的Al2O3膜。研究結果表明：CHDG-B合金的主要力學指標均超過國外同類材料Incoloy800H，其中新材料

4、的蠕變強度6001?10?5?為312MPa而Incoloy800H的蠕變強度6001?10?5?僅為107Mpa。800℃下新材料的氧化增重僅為Incoloy800H的26％，表現(xiàn)出更為優(yōu)異高溫蠕變性能和高溫抗氧化性。
　　2.系統(tǒng)研究變形參數對CHDG-B合金的高溫流變應力的影響。結果表明：CHDG-B合金的流變應力對變形溫度和應變速率均比較敏感。隨著變形溫度的降低和應變速率的變大，流變應力也有所增加，反之則減??；高應變速率條

5、件下（≥1s-1），CHDG-B合金會出現(xiàn)明顯“絕熱溫升”效應，并發(fā)現(xiàn)絕熱溫升值△T隨著應變速率的變大或變形溫度的降低而不斷升高的規(guī)律。
　　3.分析了不同變形參數對變形組織影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)隨著變形溫度的升高和應變速率的減慢，CHDG-B合金的動態(tài)再結晶程度和大角度晶界的含量明顯增加，晶粒尺寸也有所增加，新生的動態(tài)再結晶晶粒的取向趨于隨機分布。當變形溫度低于1000℃時，沿晶界會析出的富鉻碳化物對晶界的遷移產生釘扎作用，抑制了動態(tài)再

6、結晶行為。
　　4.深入探索了新型奧氏體耐熱合金CHDG-B的動態(tài)再結晶形核機制，即原始奧氏體晶粒的弓出機制是其發(fā)生動態(tài)再結晶的主要形核機制；晶界附近亞晶旋轉機制對再結晶的形核起到輔佐作用；而新生孿晶的形成促進了弓出的形成；同時原始晶粒內部的分割形成的變形帶會造成少量再結晶晶粒的生成。該形核機制結果也揭示了在非連續(xù)動態(tài)再結晶（DDRX）發(fā)生過程中，連續(xù)動態(tài)再結晶（CDRX）也可以發(fā)生。
　　5.建立耦合應變量因素的改進型本構

7、模型，預測CHDG-B合金在熱變形過程中的流變應力。結果顯示預測值與實際壓縮數據之間的相關系數可達0.9856，平均相對誤差僅為3.4426%。說明改進型本構模型能準確預測CHDG-B合金在變形過程中的流變應力。
　　6.建立了基于動態(tài)材料模型（DMM）的CHDG-B合金熱加工圖。根據熱加工圖確定了新材料不同應變條件下的安全區(qū)和流變失穩(wěn)區(qū)，以此制定合理的熱加工工藝制度。按照不同區(qū)域組織變形特征構建了CHDG-B合金的熱變形機理圖。