新型奥氏体耐热合金应力松弛及时效作用研究

• 作 者: 张盼盼
• 出 处: 江苏大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 核电 蒸汽发生器传热管 奥氏体耐热合金 应力松弛 时效

蒸汽发生器传热管是核电装备中的关键部件,近年来由于传热管服役温度的提升,对其服役性能的要求也越来越高,因此本课题组基于此自主设计研发一种新型性能优良的传热管显得尤为重要。本课题组以传统Incoloy-800H合金成分为基础,通过合金成分设计优化,加入适量Al、Nb和Mo等微量合金元素,研发出具有自主知识产权的高性能传热管用材CHDG-B合金。本研究团队前期已对该新型CHDG-B合金的抗氧化性能行了系统研究,而对于合金在服役温度下的组织演变和析出行为还了解甚少,因此本文以含C量分别为0.079的CHDG-B07合金（简称B07）和0.095的CHDG-B07A合金（简称B07A）为研究对象,通过应变诱导析出和高温时效实验,揭示了不同含C量下两种合金的析出物和组织演变规律,为核电装备用新材料的设计、应用提供科学理论依据。通过应力松弛研究了B07和B07A合金在650°C-800°C的应变诱导析出行为,结果表明:两种材料形变后的晶粒尺寸分别为200μm和150μm左右,晶内存在少量孪晶组织。晶界发生弯曲,并呈“锯齿形”和“工字形”等形状。通过对两种合金的应力松弛曲线和“C”曲线的分析,得出应力松弛曲线中存在明显的析出“平台”,“C”曲线的“鼻温”在750°C左右,孕育期在30 s左右。应力松弛试验过程中,在两合金基体中由于应变诱发析出大量纳米级NbC,在700°C及以上温度析出Laves-Fe₂Nb相,其尺寸明显大于NbC,两合金中析出一定数量的B2-NiAl相。对B07和B07A合金在650°C和750°C的高温时效析出行为进行了研究。结果表明:两合金的晶粒尺寸随时效时间的增加基本保持不变,奥氏体晶界和晶内均有富Cr的M₂₃C₆析出,随时效时间的增加M₂₃C₆沿晶界呈链状分布,晶粒不断粗化。B07合金中析出少量的δ/σ相,降低了合金的塑性和韧性。B07合金在750°C时效1000 h,析出微米级B2-NiAl相,而B07A合金在750°C时效100 h析出B2-NiAl相。时效过程中两合金析出纳米级沉淀相NbC、Laves-Fe₂Nb以及B2-NiAl相。由于NbC、Laves-Fe₂Nb都含有Nb所以析出过程中存在竞争。两合金时效过程中析出的三种纳米级析出相,均增强了合金的高温强度。B07A合金中析出大量微米级NbC并且由于B2-NiAl相较早析出,导致基体中Nb和Al含量降低,后续析出的纳米级强化相NbC和B2-NiAl数量减少,减弱了沉淀强化作用。所以建议适量降低B07A合金中的C含量,这样有利于合金在工作温度长期安全服役。