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堆内构件用马氏体耐热钢的热变形特性研究

马龙腾  
【摘要】:随着国际能源短缺问题的日渐严峻,核能作为一种清洁、经济、安全的能源在世界能源舞台上扮演着愈加重要的角色。堆内构件是核电站设备的重要组成部分之一,对材料的耐高温腐蚀性能和综合力学性能有更高的要求。AISI403马氏体不锈钢在有良好的耐腐蚀性能基础上,在高温工作环境下,拥有更高的强度、硬度和耐磨性,从而成为堆内构件压紧弹簧的候选材料。 本文使用Gleeble-1500D热模拟试验机对试验材料进行单道次和双道次热变形试验,并通过OM、SEM、TEM和XRD等设备,研究其热变形过程中的组织演变和再结晶行为。论文得到以下结果: (1)单道次热压缩试验中,随变形温度的增加和应变速率的降低,材料的流变应力和峰值应力值降低;变形温度相同时,应变速率的降低有助于动态再结晶的发生;应变速率不变时,较高的变形温度有助于再结晶现象发生。。 (2)获得变形温度900-1150℃,应变速率0.01~10s-1时的AISI403钢动态再结晶激活能,Q=395.160kJ/mol。Z参数、热变形方程、临界应变εc分别为 (3)双道次热压缩试验中,道次间隔时间相同时,静态再结晶率随变形温度的升高而增加;变形温度不变时,随道次间隔时间增加,静态再结晶率增加,增至一个稳定值后不再变化。 (4)获得变形温度850~1150℃,道次间隔10-200s时AISI403钢静态再结晶激活能,Q=333.476KJ·mol-1。AISI403静态再结晶动力学模型: (5)依据动态材料模型,通过热加工图理论,绘制AISI403钢的热加工图。分析热加工图中的能量耗散值分布,并通过显微组织观察,确定试验材料的最佳热加工区和不宜热加工的流变失稳区。其中流变失稳区分布于变形温度900~1080℃,应变速率0.053-10s-1的区域;适宜热加工的峰值区域有两个,分别分布于变形温度930-975℃,应变速率0.01-0.028s-1和变形温度1025-1105℃,应变速率0.01~0.04s-1。 (6)使用Thermo-Calc软件模拟并通过相分析得出钢中主要析出物为M23C6型碳化物,析出温度为891℃;通过SEM和TEM观察析出物在钢中的分布形态,衍射标定得出析出物为面心立方结构。 (7)热处理试验中,随冷却速度的降低,钢中的碳化物偏聚和长大现象更加明显,对试验材料的强度和冲击韧性有不利影响;组织中存在少量残余奥氏体,分布于马氏体板条间。


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