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《清华大学》 2011年
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低活化钢中析出型相变及其对力学性能的影响

夏志新  
【摘要】:低活化钢作为未来聚变堆包层结构材料长期在高温强磁场下服役。高温强磁场下材料组织的稳定性影响聚变堆的服役安全。本论文以低活化钢为原型进行合金设计和组织调控,首先研究低活化实验钢的析出相变行为,掌握低活化钢中析出演化过程对力学性能的影响规律,然后通过控制析出行为来改善低活化钢的力学性能,最后研究高温强磁场下析出相变行为及其力学性能的影响。 本论文首先研究了奥氏体化条件、微合金元素对未溶碳化物溶解过程的影响,利用扩散动力学模型模合理解释了奥氏体化过程中TaC颗粒溶解过程与原奥氏体晶粒长大之间的关系。然后系统研究了低活化实验钢中碳化物析出、粗化、演变规律。利用Langer-Schwartz等理论构建TaC的形核、长大和粗化的动力学演化过程的理论模型,揭示了界面能、扩散系数、平衡浓度等参数对析出长大过程的影响规律。 研究了冶炼工艺和高温时效对低活化钢析出行为及力学性能的影响。真空感应熔炼+电渣自耗重熔工艺使低活化钢的冲击韧性和蠕变韧性显著改善。随着碳化物的尺寸和形态比减小,冲击韧性和高温蠕变性能显著提高。提出一种新型中间热处理工艺和适量增加Ta含量的方法来细化低活化钢中的M_(23)C_6,使M_(23)C_6的平均尺寸由常规热处理工艺的150nm减小到70nm。低活化钢中Ta含量的增加也使得M_(23)C_6平均尺寸减小,甚至抑制M_(23)C_6析出。 最后,研究650℃高温下10T强磁场对析出相的稳定性、相界面特征、析出长大过程的影响。使用Weiss分子场模型计算650℃、10T强磁场下碳化物/铁素体的界面能增加值为0.03J/m~2。外加强磁场导致低活化钢中长杆状的M_(23)C_6出现明显球化,析出相的颗粒密度降低,平均尺寸增大。利用Langer-Schwartz理论构建物理模型定量地描述磁场强度对形核、长大的动力学过程的影响,对比实验观察研究强磁场对析出相变行为的影响,合理预测了强磁场对低活化钢的析出长大行为及力学性能的影响。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG142.1

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