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新型高Cr铁素体耐热钢组织及相变过程的研究

作　者: 鲍春
导　师: 刘永长
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 铁素体耐热钢线膨胀 δ铁素体碳氮化物沉淀显微硬度
分类号: TG142.73
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

铁素体耐热钢因其综合性能优于奥氏体耐热钢,更加符合锅炉管用钢的使用要求,成为锅炉管用钢的首选材料,并广泛应用于超临界发电机组锅炉管道上。随着能源和环境问题的日益突出,通过提高锅炉管用铁素体耐热钢的使用温度来实现电厂热效率的提高势在必行。本文从成分设计出发,设计了两种不同成分的新型铁素体耐热钢:钢种A(10Cr-1.5W-0.05Ti-B)和钢种B(10Cr-1.5W-0.3Mo-1.6Co)。利用热处理和线膨胀手段对钢种A和钢种B的组织转变和相变过程进行研究分析,并对两个新钢种的性能做初步评价。首先对钢种A的出厂组织进行分析,组织由马氏体和铁素体两相组成,其中铁素体约占25%(主要是热锻和热轧产生的δ铁素体);同时组织中存在着两类缺陷:Ti(V、Nb)的碳氮化物析出聚集和大颗粒的BN。通过分析排除成分设计存在的问题,缺陷应该与熔炼过程成分不均和以及N含量的控制有关。适当的正火热处理可以减少组织中铁素体的含量,组织中的铁素体含量随着正火温度的升高而增加,这是因为较高的正火温度使组织中生成了δ铁素体。室温组织的晶粒也随着正火温度的升高而呈现粗大的趋势。然后利用线膨胀手段分析钢种A奥氏体化以及过冷奥氏体连续转变过程,奥氏体转变开始点Ac 1和结束A c3都随着加热速率的增加而升高,奥氏体化转变速率随着加热速率的增加而增加,转变所需时间缩短。不同冷却速率对钢种A马氏体转变开始温度MS有较大影响,M S随着冷却速率的升高而下降,室温组织随冷却速率的升高呈现一定的细化趋势。最后,钢种B组织中的铁素体含量随着正火温度的升高而增加,其显微硬度呈现先增加后减小的趋势。钢种B在经回火后,组织中的晶界和板条界上有碳化物的析出,经800℃以上的高温回火后,组织中发生了回复和再结晶。钢种B在经高温回火后,组织中的晶界和板条界上有大量M23C6的析出,这些碳化物随着回火温度的升高而粗化;同时在基体中有弥散的MX碳氮化物的析出,MX多与位错缠结在一起、钉扎位错,对位错的运动产生强烈的抑制作用,从而大大提高了钢种B的高温性能和持久强度。此外,钢种B的显微硬度随回火温度的升高总体上呈下降趋势。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-29
  1.1 引言  8-10
  1.2 锅炉管用耐热钢的性能、发展简介及需要  10-16
    1.2.1 锅炉管用耐热钢性能基本要求  10
    1.2.2 锅炉管用耐热钢的发展简介  10-15
    1.2.3 锅炉管用耐热钢的发展需要  15-16
  1.3 高Cr 铁素体耐热钢合金成分、组织特征、强化机制及性能特点  16-25
    1.3.1 高Cr 铁素体耐热钢合金成分及各元素的作用  16-19
    1.3.2 高Cr 铁素体耐热钢的组织特征和相组成  19-20
    1.3.3 高Cr 铁素体耐热钢的强化机制  20-23
    1.3.4 高Cr 铁素体耐热钢的性能特点  23-25
  1.4 高Cr 铁素体耐热钢的研究及应用现状和进一步发展方向  25-27
    1.4.1 高Cr 铁素体耐热钢的研究及应用现状  25-27
    1.4.2 高Cr 铁素体耐热钢的进一步发展方向  27
  1.5 本文研究内容  27-29
第二章实验内容  29-33
  2.1 试样制备  29
  2.2 线膨胀测量  29-30
  2.3 分析测试方法  30-32
    2.3.1 光学显微镜分析  30
    2.3.2 扫描电子显微镜分析  30-31
    2.3.3 透射电子显微镜分析  31
    2.3.4 硬度测试  31-32
  2.4 本文技术路线  32-33
第三章 10Cr-1.5W-0.05Ti-B 钢的相变行为和组织分析  33-58
  3.1 引言  33
  3.2 新型高Cr 铁素体耐热钢的成分和组织  33-38
    3.2.1 新型高Cr 铁素体耐热钢的成分  33-34
    3.2.2 新型高Cr 铁素体耐热钢的组织  34-35
    3.2.3 新型高Cr 铁素体耐热钢组织中的缺陷分析  35-38
  3.3 正火温度对10Cr-1.5W-0.05Ti-B 钢组织的影响  38-42
    3.3.1 正火温度对基体组织的影响  38-40
    3.3.2 正火温度对组织中缺陷的影响  40-42
  3.4 加热速率对10Cr-1.5W-0.05Ti-B 钢相变过程的影响  42-51
    3.4.1 奥氏体化实验  43-44
    3.4.2 加热速率对奥氏体化过程的影响  44-49
    3.4.3 加热速率对显微组织的影响  49-51
  3.5 10Cr-1.5W-0.05Ti-B 钢连续冷却转变过程  51-56
    3.5.1 冷却速率对相变过程的影响  52-55
    3.5.2 冷却速率对室温组织的影响  55-56
  3.6 本章小结  56-58
第四章 10Cr-1.5W-0.3Mo-1.6Co 钢的组织和力学性能  58-74
  4.1 引言  58
  4.2 10Cr-1.5W-0.3Mo-1.6Co 钢的组织形貌  58-60
  4.3 正火温度对10Cr-1.5W-0.3Mo-1.6Co 钢组织和力学性能的影响  60-63
    4.3.1 显微组织分析  60-62
    4.3.2 力学性能分析  62-63
  4.4 回火热处理对10Cr-1.5W-0.3Mo-1.6Co 钢组织和力学性能的影响  63-72
    4.4.1 显微组织分析  63-65
    4.4.2 高温回火下沉淀相的析出行为  65-71
    4.4.3 不同回火温度下的力学性能  71-72
  4.5 本章小结  72-74
第五章全文结论  74-76
参考文献  76-85
发表论文和科研情况说明  85-86
致谢  86

新型高Cr铁素体耐热钢组织及相变过程的研究

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