9-12%Cr铁素体/马氏体耐热钢的显微组织和力学性能研究

论文摘要

利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射分析（XRD）、拉伸蠕变试验等方法试验研究了五种成分的9-12%Cr系铁素体/马氏体耐热钢的微观结构和力学性能以及不同热处理和650℃高温长期时效对微观结构和力学性能的影响。所得结论如下:所研究的9-12%Cr铁素体/马氏体耐热钢经过1100℃×1h正火处理+750℃×1h或700℃×1h高温回火处理后,其微观组织特征是板条状回火马氏体,在原奥氏体晶界和马氏体板条界上析出M23C6型碳化物,在板条内部的基体上析出纳米尺寸的MX型碳氮化物。M23C6型碳化物的数量随着碳含量的降低而减少,超低碳钢中几乎没有M23C6碳化物析出。两种纳米尺寸的MX相均匀密集的分布在超低碳钢的基体内,直径约为30～50nm的较大尺寸MX相富含Nb和Ti,而直径约10mm的较小尺寸MX相富含V。在含1.5wt.%Mo的钢中发现有少量M3B2型硼化物。高Ti含量（0.14wt.%Ti）的钢中有尺寸约为2μm的粗大TiC颗粒,在马氏体板条界附近区域内分布有高密度纳米TiC析出相。含高密度MX型纳米析出相的高铬耐热钢在高应力下具有较长的蠕变断裂寿命,但随着蠕变应力的降低,蠕变断裂寿命增加缓慢,表现出较快的高温强度退化速度。蠕变裂纹易于在粗大的TiC颗粒与基体的界面处形成,导致高Ti含量（0.14wt.%Ti）的钢的蠕变性能大大降低。钢样经1100℃×1h正火+700℃×1h或750℃×1h回火热处理后在650℃长期时效处理过程中,MX析出相向四方结构的Z-相转化,且高N含量的钢中Z-相的形成较早;由于Z-相和MX相有相似的组成元素,故Z-相的形成消耗了MX相,降低MX相的强化作用。650℃长期时效期和蠕变过程中,在板条和晶界析出大颗粒Fe2Mo（含Mo,不含W钢）或Fe2W型（含W钢）Laves相;在含W钢中,时效500h前,Laves相逐渐析出,弥散强化效应提高,钢样硬度增加;时效超过500h后,随着Laves相粗化和粗大的Z-相析出,基体中的固溶强化元素W的浓度降低,强化效果降弱,钢的硬度降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 各国在机组设计和材料研究方面的现状
• 1.2.1 国外机组设计和材料研究的现状
• 1.2.2 国内机组设计和材料研究的现状
• 1.3 9-12%Cr铁素体/马氏体耐热钢钢种简介
• 1.3.1 9-12%Cr铁素体/马氏体耐热钢发展的主要阶段
• 1.3.2 各阶段钢种介绍
• 1.4 化学成分对先进耐热钢的组织性能的影响
• 1.4.1 碳和氮的影响
• 1.4.2 铬的作用
• 1.4.3 硅、铝和钛的作用
• 1.4.4 钨和钼的影响
• 1.4.5 钒和铌的作用
• 1.4.6 硼的作用
• 1.4.7 镍、锰和钴的作用
• 1.5 9-12%Cr铁素体/马氏体耐热钢的显微组织特点
• 23C_型碳化物'>1.5.1 M₂₃C_型碳化物
• 1.5.2 MX型碳氮化物
• 1.5.3 Laves相
• 1.5.4 Z-相
• 1.6 9-12%Cr铁素体/马氏体耐热钢的强化机制
• 1.7 9-12%Cr铁素体/马氏体耐热钢的强度退化
• 1.8 本文的研究内容、目的和意义
• 1.8.1 本文的研究内容
• 1.8.2 本文的研究目的
• 1.8.3 本文的研究意义
• 第二章 实验材料和研究方法
• 2.1 实验材料的制备
• 2.2 力学性能测试
• 2.3 微观结构分析
• 第三章 9-12%Cr耐热钢的显微组织和力学性能分析
• 3.1 正火和回火处理后的显微组织和力学性能分析
• 3.1.1 正火+回火处理后试样显微组织分析
• 3.1.2 正火和回火处理后的力学性能
• 3.1.3 蠕变断裂试样的纵剖面
• 3.2 小结
• 第四章 热处理对9-12%Cr钢显微组织和力学性能的影响
• 4.1 正火温度对含钛9-12%Cr钢显微组织和力学性能的影响
• 4.1.1 正火温度对试样显微组织的影响
• 4.1.2 正火温度对力学性能的影响
• 4.2 回火温度对钢样C的显微组织和力学性能的影响
• 4.2.1 回火温度对试样显微组织的影响
• 4.2.2 回火处理对试样力学性能的影响
• 4.3 小结
• 第五章 650℃长期时效对显微组织和力学性能的影响
• 5.1 显微组织的变化
• 5.2 硬度的变化
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 在学期间公开发表论文及著作情况
• 致谢