论文部分内容阅读
提高核电机组制造水平是《中国制造2025》中指出的研究重点，其中核电机组蒸汽发生器传热管是直接连接电力装备“心脏”的“血管”，是关键部件中的核心，它决定了装备的高参数和高可靠性。目前国际上此类管材均用 Fe-Cr-Ni合金制造，主要有800系列和镍基690系列，而现阶段国内传热管材仍以此类进口材料为主，缺少自主知识产权。本研究明确实际应用背景，力求开发新型传热管用材料，既要保证其优异的使用性能，同时又要具备优良的加工性能。 针对现有传热管的服役特性，以改善高温氧化和提高高温蠕变强度为目标，研发出低成本高性能的新型奥氏体耐热合金CHDG-B，常规力学指标和高温抗氧化性达到或超过同类产品Incoloy800H，并研究合金的高温抗氧化性能和高温蠕变性能。结合Gleeble热力模拟方法，着重研究新材料的热加工性能。本文利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电子背散射衍射（EBSD）等微观表征技术，分析高温氧化成膜过程、热变形过程中的组织演变规律，为优化最终实际的成形工艺及控制最终产品的组织与性能提供科学指导。论文的主要创新点与结论如下： 1.本研究设计并制备出一种新型传热管用材CHDG-B合金。即在Fe、Cr、Ni基中加入一定量的Al、Nb等元素，通过优化设计使材料在保证奥氏体基体同时（含有少量弥散分布的NbC粒子），可在高温下形成致密、稳定、一定厚度的Al2O3膜。研究结果表明：CHDG-B合金的主要力学指标均超过国外同类材料Incoloy800H，其中新材料的蠕变强度6001?10?5?为312MPa而Incoloy800H的蠕变强度6001?10?5?仅为107Mpa。800℃下新材料的氧化增重仅为Incoloy800H的26％，表现出更为优异高温蠕变性能和高温抗氧化性。 2.系统研究变形参数对CHDG-B合金的高温流变应力的影响。结果表明：CHDG-B合金的流变应力对变形温度和应变速率均比较敏感。随着变形温度的降低和应变速率的变大，流变应力也有所增加，反之则减小；高应变速率条件下（≥1s-1），CHDG-B合金会出现明显“绝热温升”效应，并发现绝热温升值△T随着应变速率的变大或变形温度的降低而不断升高的规律。 3.分析了不同变形参数对变形组织影响规律。发现随着变形温度的升高和应变速率的减慢，CHDG-B合金的动态再结晶程度和大角度晶界的含量明显增加，晶粒尺寸也有所增加，新生的动态再结晶晶粒的取向趋于随机分布。当变形温度低于1000℃时，沿晶界会析出的富铬碳化物对晶界的迁移产生钉扎作用，抑制了动态再结晶行为。 4.深入探索了新型奥氏体耐热合金CHDG-B的动态再结晶形核机制，即原始奥氏体晶粒的弓出机制是其发生动态再结晶的主要形核机制；晶界附近亚晶旋转机制对再结晶的形核起到辅佐作用；而新生孪晶的形成促进了弓出的形成；同时原始晶粒内部的分割形成的变形带会造成少量再结晶晶粒的生成。该形核机制结果也揭示了在非连续动态再结晶（DDRX）发生过程中，连续动态再结晶（CDRX）也可以发生。 5.建立耦合应变量因素的改进型本构模型，预测CHDG-B合金在热变形过程中的流变应力。结果显示预测值与实际压缩数据之间的相关系数可达0.9856，平均相对误差仅为3.4426%。说明改进型本构模型能准确预测CHDG-B合金在变形过程中的流变应力。 6.建立了基于动态材料模型（DMM）的CHDG-B合金热加工图。根据热加工图确定了新材料不同应变条件下的安全区和流变失稳区，以此制定合理的热加工工艺制度。按照不同区域组织变形特征构建了CHDG-B合金的热变形机理图。建议加工优先选择再结晶区域，从而避免绝热剪切带、局部塑性流动及混晶组织现象产生。新型CHDG-B合金的最佳热加工参数为：1050-1120℃和0.01-0.1s-1、1120-1150℃和10-0.5-10-1.5s-1区间内。