固溶强化型耐热合金C-HRA-2的组织与性能研究
发布时间：2022-02-09 11:38
目前,世界上最先进的商用超超临界燃煤电站再热蒸汽温度为620℃,我国也已批复建设世界上首台再热温度为630℃的超超临界燃煤火电机组示范项目。为进一步提高热效率,降低煤炭消耗,火力发电的蒸汽温度仍需不断提升。我国正在开展再热蒸汽超过630℃、热效率超过50%的燃煤发电技术攻关,其中难度最大的是用于主蒸汽管道、集箱等厚壁部件材料的开发。当金属温度超过650℃,马氏体耐热钢已不能满足设计要求;奥氏体耐热钢热膨胀系数高,时效脆性大;而铁镍基合金中的γ’相易导致组织和性能长时失稳,特别是焊接热影响区（HAZ）液化问题,都不适合锅炉集箱和主蒸汽管道等大口径厚壁管选材,因此亟需开发一种新型固溶强化型镍基耐热合金,同时满足高温强度、现场焊接等工程需要。C-HRA-2耐热合金是我国自主研发,已开展多轮次工程化制造,是我国650～680℃温度锅炉集箱和主蒸汽管道的候选材料之一。本研究以C-HRA-2耐热合金为研究对象,针对该合金的成分优化、热变形行为、热处理制度、长时组织稳定性和持久强度性能等开展系列研究。研究结果表明:（1）通过Thermo-Calc热力学计算软件研究了该合金在650～700℃产生的平衡...
【文章来源】：北京科技大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１不同材料在各温度应力下的１０万小时持久蠕变强度［ｌ６］??如图２－１所示，超超临界电站机组用耐热材料可分为三大类：铁素体耐??
?北京科技大学博士学位论文???为提高电站的经济可行性，钢铁研宄总院专门研发了?Ｃ－ＨＲＡ－２合金以适用于??６５０°Ｃ温度段的应用，而不是简单地把７００°Ｃ温度段使用的Ｃ－ＨＲＡ－３合金移??用。??目前，我国超超临界锅炉耐热材料体系己建立完毕，如图２－２所示。图??中Ｃ－２是Ｃ－ＨＲＡ－２合金的简称，同理Ｃ－３为Ｃ－ＨＲＡ－３合金的简称。Ｇ１１５为??我国自主研制的Ｇ１１５马氏体耐热钢，在２０１８年己经开始投入到《大唐６３０°Ｃ??超超临界二次再热国家电力示范项目》的建设当中去。在下一阶段，Ｃ－ＨＲＡ－??２合金将作为我国建设６５０°Ｃ超超临界电站大口径管的主要候选材料。??「大?ｎ?径管?＂；????．?．?！?Ｃ－２?．?Ｃ－３?．??■?Ｉ?＊?Ｉ??ｊ?Ｇ１１５丨?丨?；??｜?Ｔｈｏｍｓ?Ｐ９２?＾?｜?：?ｉ??Ｉ?Ｐ２２?；?Ｐ９１?Ｉ?ＩＩＩ?Ｉ??■?＞???－?—?：：：??…ｉ?ｌ?＿＿Ａ?Ａ?麵＿＿Ｌ．丨山圓?Ｌ圓川圆??５．８０?６００?６１０?￥２８?６５０?６７０?７?００?７５０?＿?全??；Ｔ２２?ｔ２ｂ?１??！?丨?：??！??．．．．．ｎ?１９２?ｊ｜?ｃ－５?｜?＾?—?！??！?——＿＾１０２?Ｊ?—?？Ｍ３２＇?１?ｊｆ?！???：：Ｔ＾２＿．ｉ?；?—」??图２－２我国超超临界锅炉耐热材料体系??２．３?Ｃ－ＨＲＡ－２耐热合金的元素设计??镍基耐热合金中通常会有十多种添加元素，如图２－３［２３］所示，这些元素??可分为固溶进奥氏体基体１ｙ相的Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、
?泛Ｌ?Ｖ?Ｃｒ?Ｆｅ?Ｃｏ?Ｎｉ????６．６６?５．６６?４．６６??２．２２?１．７１?０．６６??７５—??Ｙ?ｎｚｒ／?Ｎｂ：?Ｍｏ?Ｒｕ????４．６６?＾６６???Ｈｆ?Ｔａ?Ｗ?Ｒｅ?Ｉｒ????５．６６?４．６６?３．６６??１＾６６???□?Ｅｌｅｍｅｎｔ?Ｅｌｅｍｅｍ?Ｅｌｅｍｅｎｔ?ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ??ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ?ｔｏｙ?Ｉ?１?ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ?ｔｏ?ｙ１?ｔｏ?ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ??图２－３镍基耐热合金中各元素的位置和作用??Ｃｏ：钴是一种具有密排六方（ＨＣＰ）结构的金属元素，其与基体的原子半??径差较小且可以和Ｎｉ完全互溶，所以Ｃｏ元素对合金有一定的强化作用。Ｃｏ??元素更重要的作用是为了降低基体的层错能，层错能的降低可以降低合金的??蠕变速率，提高蠕变抗力，从而延长合金的持久寿命［２７〗。此外Ｃｏ还可以提??高Ｃｒ和Ｃ的溶解度，从而抑制碳化物的析出量，碳化物析出量较多时会在??晶界上连接成片弱化了晶界｜２８１。同时Ｃｏ还可以改善合金的塑性和热加工性??能丨２９］。??Ｍｏ和Ｗ：钼和钨都是难熔于基体的大尺寸元素和Ｎｉ的原子半径差较??大，因此他们对基体有显著的固溶强化效果。它们还拥有较高的熔点（Ｍｏ，??２６１９°Ｃ；?Ｗ，３４０７°Ｃ）和剪切模量（Ｍｏ，?１２５．６ＧＰａ；?Ｗ，１６０．６ＧＰａ）。Ｍｏ?原子??可以较多的溶于基体中，是Ｃ－ＨＲＡ－２合金中固溶强化贡献最多的元素。Ｍｏ??和Ｗ元素虽然强化效果显著，但不宜过多添加否则会析出一种有害相即ｐ相。??Ｍ？相是一种?ＴＣＰ?相（拓扑密排相，Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4合金高温拉伸性能及其与织构的关联性[J]. 姬忠硕,原菁骏,张麦仓. 材料热处理学报. 2018(08)
[2]Microstructure Evolution and Strain-Dependent Constitutive Modeling to Predict the Flow Behavior of 20Cr–24Ni–6Mo Super-Austenitic Stainless Steel During Hot Deformation[J]. Yan-Sen Hao,Wan-Chun Liu,Zhen-Yu Liu. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(04)
[3]9Cr3W3Co钢的持久性能[J]. 马龙腾,刘正东,白银. 金属热处理. 2018(03)
[4]长期时效对一种镍基合金的组织与性能影响[J]. 王鲁,杨钢,刘正东,汪力,马龙腾,杨志强. 稀有金属材料与工程. 2018(03)
[5]Alloy 617B合金蠕变行为及变形过程中的显微组织演化[J]. 李季,郭岩,周荣灿,唐丽英,侯淑芳,王博涵. 中国电机工程学报. 2017(07)
[6]700℃超超临界机组用617B镍基合金的组织结构和析出相[J]. 郭岩,王彩侠,李太江,侯淑芳,王博涵. 材料研究学报. 2016(11)
[7]C700R-1耐热合金700℃时效组织和性能演变[J]. 田仲良,姜森宝,陈正宗,包汉生,刘正东. 钢铁研究学报. 2016(09)
[8]铸态CN617耐热合金的高温热塑性[J]. 陈正宗,刘正东,包汉生. 金属热处理. 2016(02)
[9]固溶处理对Haynes282耐热合金组织与硬度的影响[J]. 刘强永,刘正东,甘国友,田仲良. 金属热处理. 2016(01)
[10]耐热合金热压缩修正后本构方程及热加工图[J]. 陈正宗,刘正东,包汉生. 钢铁研究学报. 2015(09)
博士论文
[1]12Cr-W-Mo-Co马氏体耐热钢组织结构和性能研究[D]. 王树申.北京科技大学 2015
[2]若干超（超）临界锅炉用先进耐热钢持久性能及相参量的研究[D]. 党莹樱.武汉大学 2013
硕士论文
[1]超（超）临界用钢高温持久寿命外推方法的比较分析[D]. 刘春慧.大连理工大学 2013
[2]大型燃煤电站循环水系统运行优化研究[D]. 段婷婷.华北电力大学（北京） 2009
本文编号：3616937
【文章来源】：北京科技大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１不同材料在各温度应力下的１０万小时持久蠕变强度［ｌ６］??如图２－１所示，超超临界电站机组用耐热材料可分为三大类：铁素体耐??
?北京科技大学博士学位论文???为提高电站的经济可行性，钢铁研宄总院专门研发了?Ｃ－ＨＲＡ－２合金以适用于??６５０°Ｃ温度段的应用，而不是简单地把７００°Ｃ温度段使用的Ｃ－ＨＲＡ－３合金移??用。??目前，我国超超临界锅炉耐热材料体系己建立完毕，如图２－２所示。图??中Ｃ－２是Ｃ－ＨＲＡ－２合金的简称，同理Ｃ－３为Ｃ－ＨＲＡ－３合金的简称。Ｇ１１５为??我国自主研制的Ｇ１１５马氏体耐热钢，在２０１８年己经开始投入到《大唐６３０°Ｃ??超超临界二次再热国家电力示范项目》的建设当中去。在下一阶段，Ｃ－ＨＲＡ－??２合金将作为我国建设６５０°Ｃ超超临界电站大口径管的主要候选材料。??「大?ｎ?径管?＂；????．?．?！?Ｃ－２?．?Ｃ－３?．??■?Ｉ?＊?Ｉ??ｊ?Ｇ１１５丨?丨?；??｜?Ｔｈｏｍｓ?Ｐ９２?＾?｜?：?ｉ??Ｉ?Ｐ２２?；?Ｐ９１?Ｉ?ＩＩＩ?Ｉ??■?＞???－?—?：：：??…ｉ?ｌ?＿＿Ａ?Ａ?麵＿＿Ｌ．丨山圓?Ｌ圓川圆??５．８０?６００?６１０?￥２８?６５０?６７０?７?００?７５０?＿?全??；Ｔ２２?ｔ２ｂ?１??！?丨?：??！??．．．．．ｎ?１９２?ｊ｜?ｃ－５?｜?＾?—?！??！?——＿＾１０２?Ｊ?—?？Ｍ３２＇?１?ｊｆ?！???：：Ｔ＾２＿．ｉ?；?—」??图２－２我国超超临界锅炉耐热材料体系??２．３?Ｃ－ＨＲＡ－２耐热合金的元素设计??镍基耐热合金中通常会有十多种添加元素，如图２－３［２３］所示，这些元素??可分为固溶进奥氏体基体１ｙ相的Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、
?泛Ｌ?Ｖ?Ｃｒ?Ｆｅ?Ｃｏ?Ｎｉ????６．６６?５．６６?４．６６??２．２２?１．７１?０．６６??７５—??Ｙ?ｎｚｒ／?Ｎｂ：?Ｍｏ?Ｒｕ????４．６６?＾６６???Ｈｆ?Ｔａ?Ｗ?Ｒｅ?Ｉｒ????５．６６?４．６６?３．６６??１＾６６???□?Ｅｌｅｍｅｎｔ?Ｅｌｅｍｅｍ?Ｅｌｅｍｅｎｔ?ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ??ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ?ｔｏｙ?Ｉ?１?ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ?ｔｏ?ｙ１?ｔｏ?ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ??图２－３镍基耐热合金中各元素的位置和作用??Ｃｏ：钴是一种具有密排六方（ＨＣＰ）结构的金属元素，其与基体的原子半??径差较小且可以和Ｎｉ完全互溶，所以Ｃｏ元素对合金有一定的强化作用。Ｃｏ??元素更重要的作用是为了降低基体的层错能，层错能的降低可以降低合金的??蠕变速率，提高蠕变抗力，从而延长合金的持久寿命［２７〗。此外Ｃｏ还可以提??高Ｃｒ和Ｃ的溶解度，从而抑制碳化物的析出量，碳化物析出量较多时会在??晶界上连接成片弱化了晶界｜２８１。同时Ｃｏ还可以改善合金的塑性和热加工性??能丨２９］。??Ｍｏ和Ｗ：钼和钨都是难熔于基体的大尺寸元素和Ｎｉ的原子半径差较??大，因此他们对基体有显著的固溶强化效果。它们还拥有较高的熔点（Ｍｏ，??２６１９°Ｃ；?Ｗ，３４０７°Ｃ）和剪切模量（Ｍｏ，?１２５．６ＧＰａ；?Ｗ，１６０．６ＧＰａ）。Ｍｏ?原子??可以较多的溶于基体中，是Ｃ－ＨＲＡ－２合金中固溶强化贡献最多的元素。Ｍｏ??和Ｗ元素虽然强化效果显著，但不宜过多添加否则会析出一种有害相即ｐ相。??Ｍ？相是一种?ＴＣＰ?相（拓扑密排相，Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4合金高温拉伸性能及其与织构的关联性[J]. 姬忠硕,原菁骏,张麦仓. 材料热处理学报. 2018(08)
[2]Microstructure Evolution and Strain-Dependent Constitutive Modeling to Predict the Flow Behavior of 20Cr–24Ni–6Mo Super-Austenitic Stainless Steel During Hot Deformation[J]. Yan-Sen Hao,Wan-Chun Liu,Zhen-Yu Liu. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(04)
[3]9Cr3W3Co钢的持久性能[J]. 马龙腾,刘正东,白银. 金属热处理. 2018(03)
[4]长期时效对一种镍基合金的组织与性能影响[J]. 王鲁,杨钢,刘正东,汪力,马龙腾,杨志强. 稀有金属材料与工程. 2018(03)
[5]Alloy 617B合金蠕变行为及变形过程中的显微组织演化[J]. 李季,郭岩,周荣灿,唐丽英,侯淑芳,王博涵. 中国电机工程学报. 2017(07)
[6]700℃超超临界机组用617B镍基合金的组织结构和析出相[J]. 郭岩,王彩侠,李太江,侯淑芳,王博涵. 材料研究学报. 2016(11)
[7]C700R-1耐热合金700℃时效组织和性能演变[J]. 田仲良,姜森宝,陈正宗,包汉生,刘正东. 钢铁研究学报. 2016(09)
[8]铸态CN617耐热合金的高温热塑性[J]. 陈正宗,刘正东,包汉生. 金属热处理. 2016(02)
[9]固溶处理对Haynes282耐热合金组织与硬度的影响[J]. 刘强永,刘正东,甘国友,田仲良. 金属热处理. 2016(01)
[10]耐热合金热压缩修正后本构方程及热加工图[J]. 陈正宗,刘正东,包汉生. 钢铁研究学报. 2015(09)
博士论文
[1]12Cr-W-Mo-Co马氏体耐热钢组织结构和性能研究[D]. 王树申.北京科技大学 2015
[2]若干超（超）临界锅炉用先进耐热钢持久性能及相参量的研究[D]. 党莹樱.武汉大学 2013
硕士论文
[1]超（超）临界用钢高温持久寿命外推方法的比较分析[D]. 刘春慧.大连理工大学 2013
[2]大型燃煤电站循环水系统运行优化研究[D]. 段婷婷.华北电力大学（北京） 2009
本文编号：3616937
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