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提高403Nb钢蠕变性能及高温强度的热处理工艺研究

作　者: 王晓亮
导　师: 尚丽娟；田素贵
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料学
关键词: 热处理 403Nb钢 微观结构 蠕变性能 高温抗拉强度
分类号: TG161
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


通过拉伸蠕变与高温拉伸性能测试,同时结合组织形貌观察,研究了热连轧及经优化热处理403Nb钢的组织特征、蠕变行为及高温拉伸、蠕变失效规律,得出结果如下：热连轧403Nb钢的组织为铁素体及以带状分布为主的NbC、Cr23C6相组成,在轧制过程中发生了回复及再结晶。该钢在480～520℃范围内,蠕变激活能Q1=287.5kJ/mol在240-260 MPa范围内,应力指数n1=8.5。其变形是通过位错运动、位错增殖,交滑移以及晶界滑动产生的,碳化物对此起到了阻碍作用。其蠕变失效机制为：首先在晶界粗大碳化物处形成裂纹,并以沿晶和穿晶混合方式断裂。钢的抗拉强度受温度的影响很大,在480℃时为398.49 Mpa；在600℃时为334.08 Mpa。断裂机制为沿晶断裂为主。经过优化热处理的403Nb钢与热连轧态钢相比,在提高100℃的情况下蠕变寿命提高了5.6～7.5倍；在580～620℃范围内,蠕变激活能Q2=564.9 kJ/mol,在600℃、240～280 MPa应力范围内,应力指数n2=11.8。抗拉强度在600℃下为646.73 Mpa,比前者提高了93.6%,在620℃下,仍保持616.17 MPa,其断裂机制为以沿晶为主的混合方式断裂。碳化物的均化细化是提高403Nb钢高温强度的重要原因。另外,优化热处理403Nb钢蠕变前、后的组成相基本相同,均包括：α-Fe、NbC、M23C6,但蠕变后,碳化物有所长大,并沿马氏体板条界,特别是晶界处聚集,同时还出现少量的M7C3、M2C及MC型化合物。热处理态403Nb钢在蠕变过程中,位错发生滑移,交滑移,以及增殖,并在热激活的作用下,形变位错束集形成位错胞壁,随着蠕变的进行,位错胞壁进一步束集,形成亚晶结构,此为该钢在蠕变期间的主要变形机制。而裂纹在粗大碳化物和三叉晶界处萌生,并以沿晶和穿晶混合方式扩展。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-25
  1.1 国内外热连轧技术的发展  10-11
  1.2 耐热钢的发展及研究现状  11-20
    1.2.1 耐热钢的发展及研究现状  11-12
    1.2.2 403NB钢的研究现状  12-13
    1.2.3 铌的应用与展望  13-14
    1.2.4 耐热钢的分类  14-16
    1.2.5 合金元素在耐热钢中的作用  16-18
    1.2.6 耐热钢的显微组织及其特点  18-19
    1.2.7 耐热钢的强化机制  19-20
  1.3 蠕变变形与断裂机理  20-23
    1.3.1 蠕变变形机理  20-21
    1.3.2 蠕变断裂机理  21-23
  1.4 本课题的目的、意义及内容  23-24
  1.5 研究工作的设想  24-25
第二章 本课题的研究内容及实验方法和手段  25-28
  2.1 实验材料及样品制备  25-26
    2.1.1 实验材料  25
    2.1.2 样品制备  25-26
  2.2 实验所用设备  26
  2.3 实验内容及方法  26-28
    2.3.1 蠕变曲线的测试  26-27
    2.3.2 蠕变性能参数的测算  27
    2.3.3 403NB钢的组织形貌与结构观察及相分析  27-28
第三章 热连轧403Nb钢的组织结构与蠕变性能  28-35
  3.1 热连轧403NB钢的组织结构  28-30
  3.2 403NB钢的蠕变特征  30-31
  3.3 403NB钢蠕变激活能与应力指数  31-32
  3.4 蠕变微观变形及断裂机制  32-35
第四章 热处理对403Nb钢组织与性能的影响  35-43
  4.1 热处理对403NB钢组织结构的影响  35-37
    4.1.1 403NB钢的淬火组织  35-36
    4.1.2 403NB钢的回火组织  36-37
  4.2 热处理对403NB钢蠕变性能的影响  37-39
  4.3 优化工艺下403NB钢的高温拉伸性能  39-43
    4.3.1 高温拉伸性能  39-40
    4.3.2 403NB钢高温拉伸失效分析  40-43
第五章 蠕变性能分析  43-53
  5.1 钢的蠕变特征  43-44
  5.2 蠕变激活能与应力指数  44-45
  5.3 热处理态403NB钢的蠕变行为分析  45-51
    5.3.1 蠕变前的组织特征  45-47
    5.3.2 蠕变后的组织特征  47-50
    5.3.3 钢的蠕变变形机制  50-51
  5.4 钢的蠕变断裂机制  51-53
第六章 结论  53-55
参考文献  55-58
在学研究成果  58-59
致谢  59

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 热处理 > 钢的热处理
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