Роль дислокационной структуры мартенсита и вторичных фаз в жаропрочности стали 10Х9В2МФБР

• Автор: Дудко, Валерий Александрович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Область применения сталей с 9-12% Сг

1.2 Общие сведения о ползучести жаропрочных сталей и сплавов

1.3 Традиционные и новые теплотехнические стали

1.4 Влияние легирующих элементов на структуру и фазовый состав сталей, содержащих 9-12%Сг

1.5 Термическая обработка сталей мартенситного класса, содержащих 9-12%

1.6 Основные механизмы упрочнения действующие в современных сталях мартенситного класса с 9-12% Сг

1.7 Эволюция микроструктуры сталей мартенситного класса с 9-12% Сг при ползучести

1.8 Постановка задач исследования
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материал и термическая обработка
2.2 Методика испытаний на статическое растяжение
2.3 Методика измерения микротвердости по шкале Виккерса
2.4 Методика испытаний на длительную прочность и ползучесть
2.5 Методика проведения анализа методом дифференциальной сканирующей колориметрии
2.6 Методика приготовления образцов для электронно-микроскопических и рентгеновских исследований
2.7 Методика определения параметров тонкой структуры
2.8 Методика определения разориентировки границ с помощью ПЭМ
2.9 Методика определения микронапряжений рентгеновским методом
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, ДЛИТЕЛЬНОГО СТАРЕНИЯ И ПОЛЗУЧЕСТИ НА МИКРОСТРУКТУРУ
СТАЛИ 10Х9В2МФБР
З Л Влияние температуры нормализации на структуру стали
3.2 Влияние температуры отпуска на микроструктуру и распределение дисперсных частиц в стали
3.3 Влияние размера исходного аустенитного зерна на структуру после
ползучести
3.4.Влияние температуры ползучести на структуру
3.5 Эволюция микроструктуры при ползучести
3.6 Выводы по главе
ГЛАВА 4. РОЛЬ ВТОРИЧНЫХ ФАЗ В ЖАРОПРОЧНОСТИ
4.1 Роль частиц в торможении миграции границ зерен
4.2. Роль пороговых напряжений в ползучести стали
4.3 Выводы по главе
ГЛАВА 5. ДЛИТЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ ПОСЛЕ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
5.1 Результаты испытания на длительную прочность стали 10Х9В2МФБР
5.2 Микроструктурные изменения после испытаний на длительную прочность.
5.3 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
СПИСОК РАБОТ, В КОТОРЫХ ОПУБЛИКОВАНО ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в США, Японии, Китае, странах Европы строится большое количество угольных энергоблоков, работающих при суперсверхкритических параметрах пара (Г = 600-620°С, Р - 250-340 атмосфер). Их коэффициент полезного действия (КПД) на -6-1% выше КПД энергоблоков, работающих при температуре пара 545°С. Увеличение температуры и давления пара стало возможным благодаря разработке новых жаропрочных теплотехнических сталей мартенситного класса с 9%Сг, которые применяются для высокотемпературных контуров котлов и главного паропровода. Высокое сопротивление ползучести этих сталей достигается комплексным легированием, обеспечивающим как твердорастворное, так и дисперсионное упрочнение. Дислокационная структура мартенсита, сохраняющаяся после отпуска, тоже вносит существенный вклад в жаропрочность. Перед постановкой настоящей работы соотношения вкладов различных механизмов упрочнения в жаропрочность сталей, содержащих 9%Сг, оставались не выясненными. Это затрудняет разработку модификаций этих сталей с повышенной жаропрочностью, поскольку непонятным остается их микроструктурный дизайн. В данной работе рассматривается роль структурных факторов в жаропрочности стали 10Х9В2МФБР с рабочей температурой эксплуатации до 620°С, что позволяет дать научное обоснование микроструктурному дизайну этих сталей. Кроме того, эта сталь, сертифицированная АвМЕ как Р92, широко используется для высокотемпературных контуров котлов. Полученные в работе данные позволяют более точно предсказать поведение этого материала на больших ресурсах.
Стали мартенситного класса с 9%Сг являются уникальными теплотехническими материалами, которые эксплуатируются с исходно неравновесной структурой, формирующейся при термической обработке, которая состоит из нормализации и отпуска. Стабильность этой структуры при

Влияние дисперсных частиц на эволюцию микроструктуры было достаточно хорошо изучено при отжиге или старении. Но при ползучести эволюция структуры детально не изучалась. Ширина реек, по-видимому, увеличивается в широком интервале деформаций [62]. В большей части исследовательских работ, которые проводились на жаропрочных сталях, рассмотрены только конечные микроструктуры, сформировавшиеся в разрушенных образцах, тогда как эволюция микроструктуры при ползучести не исследовалась.
Эволюция дислокационной субструктуры и ее влияние на ползучесть также детально не изучалась. Было показано [73], что как уменьшение плотности дислокаций, так и увеличение размеров реек после воздействия высоких температур зависит от пластической деформации. Так, плотность дислокаций меньше, а размер реек больше после ползучести, чем после статического отжига. Наибольшие изменения плотности дислокаций и размера реек происходят на начальных стадиях отжига или ползучести, в течение которых достигается уровень насыщения, и при дальнейшем отжиге/ползучести происходят слабые изменения [74, 75].
Уменьшение сопротивления ползучести из-за роста субзерен было подтверждено испытаниями, в которых размер субзерен увеличивался за сравнительно короткое время, когда частицы укрупнялись незначительно [76]. Укрупнение достигалось циклическим деформированием при повышенной температуре. При достаточно низких величинах максимального напряжения цикла происходил быстрый рост субзерен по мере накопления пластической деформации с ростом числа циклов и быстрым достижением установившейся величины размера субзерен, т. е. = I ОСЬ/и [29,76]. Однако, в жаропрочных сталях остается неопределенной зависимость между характеристиками границ реек и поведением при ползучести, вследствие отсутствия экспериментальных данных. Детальный анализ внутренних напряжений, свойственных рейкам мартенсита, должен быть полезен при структурном дизайне современных жаропрочных сталей.