新型奧氏體耐熱合金的設(shè)計(jì)、制備及其熱變形行為與機(jī)理研究.pdf

1、提高核電機(jī)組制造水平是《中國(guó)制造2025》中指出的研究重點(diǎn)，其中核電機(jī)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(guān)鍵部件中的核心，它決定了裝備的高參數(shù)和高可靠性。目前國(guó)際上此類(lèi)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(guó)內(nèi)傳熱管材仍以此類(lèi)進(jìn)口材料為主，缺少自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。本研究明確實(shí)際應(yīng)用背景，力求開(kāi)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(shí)又要具備優(yōu)良的加工性能。
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2、對(duì)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(qiáng)度為目標(biāo)，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(xué)指標(biāo)和高溫抗氧化性達(dá)到或超過(guò)同類(lèi)產(chǎn)品Incoloy800H，并研究合金的高溫抗氧化性能和高溫蠕變性能。結(jié)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(shù)，分析高溫氧化成膜過(guò)程、熱變形過(guò)程中的組織演變

3、規(guī)律，為優(yōu)化最終實(shí)際的成形工藝及控制最終產(chǎn)品的組織與性能提供科學(xué)指導(dǎo)。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)與結(jié)論如下：
　　1.本研究設(shè)計(jì)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(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)使材料在保證奧氏體基體同時(shí)（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(jié)果表明：CHDG-B合金的主要力學(xué)指標(biāo)均超過(guò)國(guó)外同類(lèi)材料Incoloy800H，其中新材料

4、的蠕變強(qiáng)度6001?10?5?為312MPa而Incoloy800H的蠕變強(qiáng)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(shù)對(duì)CHDG-B合金的高溫流變應(yīng)力的影響。結(jié)果表明：CHDG-B合金的流變應(yīng)力對(duì)變形溫度和應(yīng)變速率均比較敏感。隨著變形溫度的降低和應(yīng)變速率的變大，流變應(yīng)力也有所增加，反之則減??；高應(yīng)變速率條

5、件下（≥1s-1），CHDG-B合金會(huì)出現(xiàn)明顯“絕熱溫升”效應(yīng)，并發(fā)現(xiàn)絕熱溫升值△T隨著應(yīng)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(shù)對(duì)變形組織影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)隨著變形溫度的升高和應(yīng)變速率的減慢，CHDG-B合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)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(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒的取向趨于隨機(jī)分布。當(dāng)變形溫度低于1000℃時(shí)，沿晶界會(huì)析出的富鉻碳化物對(duì)晶界的遷移產(chǎn)生釘扎作用，抑制了動(dòng)態(tài)再

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

7、模型，預(yù)測(cè)CHDG-B合金在熱變形過(guò)程中的流變應(yīng)力。結(jié)果顯示預(yù)測(cè)值與實(shí)際壓縮數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.9856，平均相對(duì)誤差僅為3.4426%。說(shuō)明改進(jìn)型本構(gòu)模型能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)CHDG-B合金在變形過(guò)程中的流變應(yīng)力。
　　6.建立了基于動(dòng)態(tài)材料模型（DMM）的CHDG-B合金熱加工圖。根據(jù)熱加工圖確定了新材料不同應(yīng)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(gòu)建了CHDG-B合金的熱變形機(jī)理圖。