服役条件下耐热钢时效韧性（度）的研究

论文摘要

钢构件的重要性能指标是强度和韧度，其安全设计不但包括强度设计，而且包括抗脆断设计，材料的断裂韧度一直是结构设计的重要依据。大型构件在服役过程中经常受到某些动载荷作用（即是静态环境也要考虑动载效应），因此，钢构件的动态断裂韧度研究尤为重要。重要工程的安全期通常是十年以上，这样在安全设计时就需要长时、高温时效不同时间后的性能指标。本文选用超临界汽轮机缸体用耐热钢，它是国内引进的一种新钢种，通过研究其长时、高温时效后的性能表征—动态断裂韧度和强度，为汽轮机缸体材料提供安全设计的数据和依据。 本文在不同温度下对593℃时效不同时间的汽轮机缸体用耐热钢的冲击韧性（Ak）、动态断裂韧度(KId)、拉伸性能、进行了测试和在593℃进行了持久强度试验；并通过金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱、物理化学相分析对微观组织进行了分析。 结果表明，该材料经593℃5600h时效，与未时效相比：材料的冲击韧性基本不变、动态断裂韧度有小幅度的下降(KId变化与KId断口剪切唇、侧膨胀值变化相一致)，抗拉强度稍有增加，塑性略有降低；微观组织发生了微小的变化，有微量含Cr合金元素最高的M23C6相从基体中弥散析出，部分碳化颗粒发生聚集和长大，第二相平均粒度D比未时效试样中第二相平均粒度D稍大一点。且材料经438h时效至5600h时效，微观组织基本保持稳定，同时该耐热钢的KId基本保持不变。用等温线外推法推算得到该材料593℃105h的持久强度为134Mpa。 由于微量碳化物的弥散析出，使位错运动受到障碍，增加了塑性变形抗力，同时由于部分碳化物颗粒尺寸略有增大，其与基体结合变弱，微孔更加容易开裂，而使5600h时效后KId有小幅度的下降。微量碳化物的弥散析出，弥散强化作用有所增强，同时增加了塑性变形抗力，使5600h时效后抗拉强度略有增加，而塑性略有下降。 总的说来，在593℃5600h时效过程中该耐热钢在具有较好的组织

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 本文的选题意义
• 1.2 国内外研究发展情况
• 1.3 耐热钢的分类
• 1.3.1 按钢中的的合金元素的含量分类
• 1.3.2 按钢的组织结构分类
• 1.3.3 按钢的特性分类
• 1.4 耐热钢在高温时效过程中的组织性能变化
• 1.4.1 珠光体的球化和碳化物的聚集
• 1.4.2 石墨化
• 1.4.3 时效和新相的形成
• 1.4.4 热脆性
• 1.4.5 合金在固溶体和碳化物之间的重新分配
• 1.5 夏比冲击试验原理
• 1.6 动态断裂韧度及其测试方法
• 1.6.1 加载状态及加载速率对断裂韧度的影响
• 1.6.2 裂纹的类型
• 1.6.3 动态断裂韧度测试方法
• 1.7 本文的研究内容
• 第2章 试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 钢时效韧性与拉伸性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 钢的冲击韧性
• Id与断口分析'>3.3 动态断裂韧度(K_Id与断口分析
• Id的测试'>3.3.1 动态断裂韧度(K_Id的测试
• 3.3.2 动态断裂韧度结果与分析
• 3.3.3 断口形貌观察与分析
• 3.3.4 侧膨胀值和剪切唇厚度的测试与分析
• 3.4 拉伸性能分析
• 3.4.1 拉伸试验结果
• 3.4.2 拉伸试验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 耐热钢时效微观组织研究
• 4.1 引言
• 4.2 金相组织分析
• 4.3 基体上碳化物分布和形貌观察与分析
• 4.4 基体成分分析
• 4.5 第二相分析
• 4.5.1 第二相结构的测定
• 4.5.2 第二相含量测定与分析
• 4.5.3 第二相粒度测试和分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 时效力学性能与微观组织关系研究
• 5.1 冲击韧性与微观组织
• 5.2 动态断裂韧度与微观组织
• 5.3 拉伸性能与微观组织
• 5.3.1 强度和微观组织
• 5.3.2 塑性指标和微观组织
• 5.4 本章小结
• 第6章 耐热钢持久强度与塑性研究
• 6.1 引言
• 6.2 拉伸持久试验结果
• 6.3 持久试验结果分析
• 6.3.1 持久强度数据处理与结果分析
• 6.3.2 持久塑性数据处理与结果分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢