热老化对奥氏体不锈钢微观组织演化及性能的影响

作     者：郭涵 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李绍宏;王庭昆

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：奥氏体不锈钢 热老化 形变孪晶 析出相 力学性能 

摘      要：奥氏体不锈钢因具有良好的力学性能和耐腐蚀性能而被用于铅铋冷却快中子核反应堆的候选包壳材料。由于铅铋快堆包壳材料在高温液态金属中长期服役会引起包壳材料的热老化脆化,导致材料的硬度增加和韧性降低,对核反应堆的安全运行造成巨大威胁。因此,研究奥氏体不锈钢包壳材料长期高温服役过程中的微观组织和性能变化对核反应堆的安全运行和安全性评估具有非常重要的意义。本文以铅铋冷却快中子核反应堆候选包壳材料15-15Ti奥氏体不锈钢为研究对象,围绕热老化过程中15-15Ti奥氏体不锈钢的微观组织和性能变化开展研究工作。采用金相显微镜、场发射扫描电镜、透射电镜、力学性能测试等手段系统研究了试验钢在不同温度下长期热老化处理后的微观组织演化及对性能的影响规律。(1)试验钢经20%冷变形后晶粒内部形成大量的形变孪晶,在400℃-650℃热老化过程中冷变形组织发生回复,同时形变孪晶退化。在800℃热老化处理200h致使形变孪晶完全退化。(2)试验钢在400℃和550℃热老化过程中均有细小的二次(Ti,Mo)C相析出,热力学模拟表明在550℃热老化时二次(Ti,Mo)C相的析出量达到峰值。当热老化温度提高至650℃时组织中有少量的σ相析出,在该温度下σ相主要沿晶界析出。当热老化温度达800℃时,σ相可同时在晶界和晶粒内部析出。σ相易沿晶界在(Ti,Mo)C相周围形核长大。(3)试验钢显微硬度随热老化时间延长呈上升趋势,当老化时间超过1500h后显微硬度的变化趋于平缓。当热老化温度达800℃时由于大量较硬σ相在晶界和晶内析出导致显微硬度均高于其它热老化温度下的显微硬度。经冷变形的试验钢在热老化过程中发生回复导致塑性有所增加,当热老化温度高于650℃时由于硬脆σ相的析出使试验钢塑性和耐蚀性能降低。热老化过程中由于形变孪晶退化导致试验钢极限抗拉强度和屈服强度均降低,但大量尺寸细小的析出相的增加会提高极限抗拉强度。