超超临界用奥氏体耐热钢的成分设计---毕业论文

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1、目录摘要IAbstractII第1章文献综述11.1铁素体耐热钢的主要应用11.2奥氏体耐热钢的主要应用21.3奥氏体耐热钢的耐蚀机制21.3.1高温氧化原理21.3.2氧化铬与氧化铝31.4AFA钢的最新研究进展4第2章研究内容及方法62.1实验材料62.2研究内容和方法62.2.1研究内容62.2.2研究方法62.2.3实验方法与步骤6第3章新型超超临界用奥氏体耐热钢的成分设计103.1800℃干燥空气循环氧化实验分析113.2800℃空气加10%水蒸汽循环氧化实验分析133.3氧化层形貌分析1

2、33.4高温氧化性能讨论163.5本章小结17结束语18参考文献19致谢21插图清单图11耐热不锈钢的主要应用1图12几种氧化物的相对氧化速率4图13在氧气中常见几种氧化物的热力学稳定性4图14HTUPS系列合金的LarsonMiller因子与蠕变应力水平的关系5图21高真空电弧熔炼炉7图22空气加水蒸汽氧化实验装置示意图8图31经Schneider修改过的Schaeffle图10图32Ni12系列合金在800℃干燥空气中的循环氧化动力学曲线12图33Cr18、NF709、Cr16

3、和系类合金在800℃干燥空气中的循环氧化动力学曲线12图34Cr18-4和Ni12-2两合金的XRD谱12图35NF709与新合金在800℃空气加10%水蒸汽中的循环氧化动力学曲线13图36合金在800℃干燥空气中氧化100小时后的氧化层截面二次电子背散射形貌14图37合金在800℃空气含10%水蒸汽下循环氧化800小时后的氧化层截面二次电子背散射形貌图15图38Cr18-4在800℃空气加10%水蒸汽下循环氧化800小时后的氧化层的EPMA面扫描分析15表格清单表31合金的化学成分(余

4、量为Fe，wt%)11超超临界用奥氏体耐热钢的成分设计摘要奥氏体耐热钢在石化、航空、火电、原子能等领域中扮演着十分重要的角色。传统奥氏体耐热钢通过表面生成 Cr2O3 来保护基体。不足之处是当处于含水蒸汽的环境下其抗氧化极限温度仅为650℃，这大大阻碍了它的推广与应用。添加一定量的 Al于传统奥氏体不锈钢中，并优化其它合金元素的含量，开发出了一种新型超超临界用奥氏体耐热钢（Alumina-formingAustenitic steel，AFA 钢），该材料在氧化过程中能自发地形成 Al2O3 保护层

5、，抗氧化温度得到提高。本文以商用 NF709 奥氏体不锈钢为基础，通过去除N和Ti，适当降低Cr含量，并尝试使用不同含量的Al，成功的开发出了基础成分为Fe-0.08C-0.15Si-1.5Mo-0.8Nb-1Mn-25Ni-18Cr-3Al的新型AFA钢。并通过实验发现，当Al含量固定在3%时，其在800℃空气加10%水蒸汽以及干燥空气的环境下均能自发形成连续单一且稳定存在的氧化铝保护层。本文为以后从事该新型奥氏体耐热钢的力学性能以及新合金成分的优化、合金元素对抗氧化性能作用的研究作下了铺垫。在后

6、续的研究中我们可以再试着添加一些其它合金元素看看是否能够使得该种材料的强度能够再提高一点，当然这样的研究可以借鉴和改进超高强度钢的研究方法。关键词： 超超临界；奥氏体耐热钢；氧化铝；成分；抗氧化性能CompositionDesignoftheUltra-SupercriticalHeat-ResistantAusteniticSteelsAbstractHeat-resistantausteniticsteelplaysaveryimportantroleinthepetrochemicalindu

7、stry,aerospace,powergeneration,nuclearenergyandotherareas.Conventionalausteniticheat-resistantsteelismainlyprotectedbygeneratingCr2O3onthesubstrateofthesurface.Thedownsideisthatitsantioxidantlimittemperatureisonly650℃whenitistheintheenvironmentofwaterv

8、apor.whichgreatlyhindersthepromotionandapplicationofausteniticheat-resistantsteel.Inthispaper,byaddingsomeAltothetraditionalausteniticstainlesssteel,andoptimizesthecontentofotheralloyingelements,developsanewtypeofultra-supercriticalaust