Влияние легирования кобальтом и режимов термической обработки на механические свойства стали Р911

• Автор: Кипелова, Алла Юрьевна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1Л Ползучесть материалов

1.2 Высокохромистые жаропрочные стали, используемые в энергоблоках угольных электростанций

1.3 Механизмы упрочнения высокохромистых сталей мартенситного класса

1.3.1 Упрочнение частицами

1.3.2 Дислокационное упрочнение

1.3.3 Роль основных легирующих элементов

1.4 Фазовые реакции при отпуске в высокохромистых сталях

1.5 Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материалы исследования
2.2 Методы эксперимента
2.2.1 Методика термической обработки сталей
2.2.2 Механические испытания
2.2.2.1 Испытания на растяжение
22.22 Определение твердости по Бринеллю
2.2.2.3 Испытания на ударный изгиб
2.2.2.4 Испытания на ползучесть и длительную прочность
2.2.2.5 Испытания на циклическую трещиностойкость
2.2.3 Термический анализ сталей
2.2.3.1 Методика дифференциальной сканирующей калориметрии
2.2.4 Методы исследования микроструктуры
2.2.4.1 Металлографические исследования
2.2.4.2 Электронно-микроскопические исследования
2.2.5 Термодинамическое моделирование
ГЛАВА З ВЛИЯНИЕ ОТПУСКА НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛЕЙ Р911 ИР911 + 3%Со
ЗЛ Микроструктура сталей после нормализации и отпуска при различных температурах
3.2 Механические свойства сталей после отпуска при различных температурах
3.3 Термодинамические расчеты
ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ КОБАЛЬТА НА ПОЛЗУЧЕСТЬ СТАЛИ Р
4.1 Структурные изменения в сталях Р911 и Р911 + 3%Со при ползучести
4.2 Влияние вторичных фаз на стабильность микроструктуры и оценка тормозящих и движущих сил для роста структурных элементов отпущенного мартенсита
4.2.1 Тормозящие и движущие силы для роста реек/зерен
4.2.2 Эволюция фаз Лавеса в стали Р911 + 3%Со в процессе ползучести при 650°С
4.2.3 Кристаллография карбидов Ме2зС6 в стали Р911 + 3%Со после отпуска, старения и ползучести
4.2.4 Влияние кобальта на укрупнение карбидов Ме2зСб
ГЛАВА 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ОТПУСКА
ПРИ 750 - 760°С
5.1 Механические свойства сталей при статическом деформировании
5.2 Механические свойства сталей при динамических испытаниях
5.3 Механические свойства сталей при циклическом деформировании
5.4 Жаропрочные характеристики сталей
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Повышение коэффициента полезного действия тепловых угольных электростанций нового поколения, определяется возможностью разработки и производства жаропрочных сталей, способных выдерживать эксплуатацию в течение 200 ООО часов при суперсверхкритических параметрах пара (Т > 590°С, Р > 24 МПа). Поэтому разработка жаропрочных сталей нового поколения является одним из наиболее актуальных направлений развития современной теплоэнергетики. В последние двадцать лет были разработаны 9%Сг жаропрочные стали мартенситного класса, которые используются в качестве материалов высокотемпературных элементов котлов, паропроводов и паровых турбин в энергоблоках электростанций нового поколения при температурах около 600°С. Эти стали имеют не только высокое сопротивление ползучести, низкий коэффициент термического расширения, хорошее сопротивление окислению в остром паре, но и относительно низкую стоимость, что обеспечивает высокую экономическую эффективность их использования. Дальнейшее повышение температуры эксплуатации этих сталей может быть достигнуто за счет оптимизации их химического состава и режимов термической обработки, с целью обеспечения наиболее благоприятной микроструктуры и фазового состава. Однако, этому мешает отсутствие на сегодняшний день цельной картины микроструктурного дизайна 9%Сг теплотехнических сталей мартенситного класса. Неясны причины позитивного влияния дисперсных фаз, а также ряда легирующих элементов на сопротивление ползучести этих материалов.
Актуальность настоящей работы обусловлена тем, что в ней выполнено систематическое исследование влияния кобальта на фазовый состав стали типа Р911, относящейся к 9%Сг жаропрочным сталям мартенситного класса, на эволюцию структуры при отпуске, длительном старении и в процессе ползучести. Кроме того, оценено влияние кобальта на механические свойства, включая сопротивление ползучести. Данные, полученные в настоящей работе, позволяют

2.2 Методы эксперимента
2.2.1 Методика термической обработки сталей
Все виды термической обработки сталей проводились в электрической муфельной печи LT40/12/P320 фирмы Nabertherm. Для контроля температур использовали хромель-алюмелевую термопару и цифровой измеритель Fluke 53 II. Температуру в печи контролировали с точностью ± 2°С.
Образцы сталей Р911 и Р911 + 3%Со подвергали термической обработке по следующему режиму:
1) аустенизация в течение 30 минут в интервале температур 1050 - 1060°С с последующим охлаждением на воздухе;
2) отпуск в интервале температур 200 - 800°С в течение 3 часов с последующим охлаждением на воздухе.
2.2.2 Механические испытания
2.2.2.1 Испытания на растяжение
Механические испытания проводили на плоских образцах с длиной рабочей части равной 25 мм и площадью поперечного сечения 7 • 3 мм2, а также на плоских образцах с длиной рабочей части равной 12 мм и площадью поперечного сечения 3-1,5 мм2. При определении механических свойств размеры образцов измеряли микрометром и на металлографическом микроскопе. Погрешность измерений не превышала ± 0,005 мм. На экспериментальную точку испытывали не менее двух образцов.
Испытания на одноосное растяжение проводили на универсальной испытательной машине “Instron 5882” в интервале температур 20 - 800°С, при скоростях деформации 2,1 • 10'3 и 10'3 с'1. Ошибка в определении усилия деформирования не превышала 0,5%. Испытания при повышенных температурах