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23Cr26Ni(化學成分/機械性能)奧氏體耐熱不銹鋼的高溫疲勞行為
研究高能效率和環境友好型電站在國際上的重要性日益增加。這種研究的目的是為了降低CO2排放和燃料成本,通過增加運行溫度和壓力來提高礦物燃料電站的熱效率。電站在更高的溫度下運行需要開發耐熱合金。參照Sanicro25,23Cr-26Ni奧氏體耐熱鋼可用于運行溫度高達700℃的過熱器和再加熱器,比普通的高出近100℃。在實際運行中,這些部件暴露在起動到停止這種周期過程中產生的反復的熱應力下。因此,考慮到將來工程設計時的LCF性能,研究高溫下Sanicro25的LCF行為非常重要。韓國材料科學和工程的科研人員探討了在室溫和高溫下兩種不同的熱處理對Sanicro25的LCF性能的影響。
表1列出了23Cr-26Ni奧氏體耐熱鋼的化學成分。本研究所用的試樣由真空感應熔煉,隨后在1200℃熱鍛和熱軋。研究固溶處理后兩種冷卻條件對23Cr-26Ni耐熱鋼的高溫抗疲勞的性能。1230℃固溶處理3h后采用兩種不同的冷卻條件。一個試樣固溶處理后立即水淬。另一個試樣固溶處理后以0.5℃/min的冷卻速率爐冷至750℃。然后,兩個試樣都在750℃時效5h。
表123Cr-26Ni奧氏體耐熱鋼的化學成分(wt.%)
材料 |
元素 |
||||||||||
C |
Si |
Mn |
Cr |
Ni |
Co |
W |
Cu |
Nb |
N |
Fe |
|
23Cr-26Ni |
0.09 |
0.17 |
0.46 |
23.2 |
26.6 |
1.4 |
3.5 |
3.0 |
0.4 |
0.235 |
Bal. |
進行低周疲勞(LCF)試驗來研究高溫對23Cr-26Ni耐熱鋼LCF行為的影響。兩種不同的熱處理條件下,在室溫(RT)和600℃時進行LCF試驗,總的應變幅度范圍為±0.4~0.9%。試驗過程中,在兩種試驗溫度下都產生初始周期硬化。這種現象有助于周期變形引起的位錯密度提高,導致新產生的位錯和析出物之間的交互作用。在室溫LCF試驗的較后階段會觀察到周期軟化。用TEM觀察析出物的形成和位錯密度的增加。同時用XRD和EDS技術確定析出物的類型和組分。
試驗結果表明:(1)在600℃試驗溫度時,直到斷裂才發生周期硬化。然而,在FC(爐冷)條件下觀察到的周期硬化程度比在WQ(水淬)條件下高。在室溫試驗時,兩種條件都發生周期硬化并且隨后都在斷裂時發生周期軟化。(2)LCF試驗過程中,600℃出現DSA(動載應變時效),而室溫情況下沒有。(3)600℃的LCF試驗過程中,周期硬化是因為位錯密度增加,以及析出物和位錯、DSA的交互作用所致。在室溫,初始硬化是因為位錯密度,以及析出物與位錯之間的交互作用所致;而隨后的周期軟化是因為快的位錯消除速率所致。(4)所有條件下晶間斷裂都很明顯,是因為在晶界處有M23C6析出物。
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