真空渗碳处理对Cr35Ni45Nb合金高温持久寿命的影响

采用真空渗碳方式对服役2.5年的乙烯裂解炉管钢Cr35Ni45Nb进行了加速渗碳处理,并进行了一系列的高温(1080℃)持久试验;分析了合金在接近实际服役温度下的渗碳特性和持久试验中合金内氧化与蠕变交互作用所引起的材料组织转变、空洞萌生及裂纹形核扩展等规律,重点讨论了渗碳对于合金高温持久寿命的影响机理。结果表明:在高温应力及渗碳因素的叠加条件下,Cr35Ni45Nb炉管近表面碳化物-基体相界面发生内氧化,造成低应力下较易形成空洞和裂纹,而且,裂纹更容易在柱状晶区枝晶间萌生扩展。渗碳时间越久,渗碳层深度越大,Cr35Ni45Nb钢炉管的持久寿命越长。主要原因在于,渗碳造成枝晶间或晶界碳化物增多,降低了合金的蠕变速率,延长了持久寿命;同时,渗碳过程形成的相当于合金内部摩擦力的渗碳应力也部分抵消了外部应力的作用。此外,尽管渗碳强化Cr35Ni45Nb耐热钢,但降低了其高温塑性,同时也会与服役环境下温差热应力及热疲劳损伤等发生交互作用,导致实际服役炉管的早期失效。     

P91钢高温持久性能及蠕变损伤研究

对P91管样进行持久性能试验,其持久强度不低于相关标准推荐的持久强度,采用金相、扫描电镜和X射线能谱分析等手段对P91原始管样和经不同持久断裂时间的试样进行蠕变损伤分析.结果表明,P91在蠕变作用下,发生以蠕变孔洞为主要损伤方式的失效；在持久试验中,合金元素由固溶态向化合态转移,析出相不断形成,伴随持久试验时间的增长,析出相不断聚集长大,随着组织老化,P91钢管的硬度降低.     

镍基单晶合金筏化规律及蠕变持久寿命模型在复杂应力状态下的考核

利用双剪切蠕变试样在受剪切区的筏化试验结果和不同晶体取向试样的蠕变持久寿命试验结果，对镍基单晶合金的蠕变筏化预测模型和蠕变持久寿命模型进行考核，证实此2个模型的合理性。     

单晶冷却叶片气膜孔附近的蠕变持久寿命分析

从单晶冷却叶片中取出一个包含气膜孔的单胞模型,在流体和传热分析的基础上,给出了含气膜孔模型的气动载荷和温度分布.建立了一个晶体有限元模型,根据不同取向的蠕变参数,对单胞模型进行蠕变及持久寿命分析.结果表明,气膜孔附近存在一个明显的温度梯度.温度梯度使模型的位移和等效应力的分布产生梯度.温度梯度对气膜孔周围蠕变持久寿命的影响比较大,且对[111]取向的蠕变持久寿命的影响要大于[001]方向.     

C和Nb含量对TP347HFG钢在650℃析出相参量和持久寿命的影响

研究了C和Nb含量对TP347HFG钢在650℃析出相参量（成分、体积分数和尺寸）和持久寿命的影响.对ASME成分范围内的2种不同C和Nb含量的TP347HFG钢在650℃,230和150 MPa条件下进行持久实验,持久寿命分别为199,420 h和2426,8837 h,其中C含量较低Nb含量较高的样品持久寿命较长.对持久管样的EPMA-EDS+MPSM和TEM-EDS分析表明,较低的C含量和较高的Nb含量对应较少的M₂₃C6和较多的MX,并阻碍了M₂₃C₆的聚集粗化,同时基体中可保留较多的Cr,有利于延长持久寿命.此外,运用热力学软件Thermo-Calc分析了在500—1300℃范围内C和Nb组合含量的变化对各相成分和体积分数的影响,与实验结果相吻合.     

C和Nb含量对TP347HFG钢在650℃析出相参量和持久寿命的影响

研究了C和Nb含量对TP347HFG钢在650℃析出相参量（成分、体积分数和尺寸）和持久寿命的影响.对ASME成分范围内的2种不同C和Nb含量的TP347HFG钢在650℃,230和150 MPa条件下进行持久实验,持久寿命分别为199,420 h和2426,8837 h,其中C含量较低Nb含量较高的样品持久寿命较长.对持久管样的EPMA-EDS+MPSM和TEM-EDS分析表明,较低的C含量和较高的Nb含量对应较少的M₂₃C₆和较多的MX,并阻碍了M₂₃C₆的聚集粗化,同时基体中可保留较多的Cr,有利于延长持久寿命.此外,运用热力学软件Thermo-Calc分析了在500-1300℃范围内C和Nb组合含量的变化对各相成分和体积分数的影响,与实验结果相吻合.     

组织结构对Ni—20Cr—10Mo—10Co高温合金高温力学性能的影响

Ni-20Cr-10Mo-10Co高温合金是一种以碳化物为主要强化相的铸造高温合金。合金的晶粒尺寸和枝晶间距，随着模壳温度的降低而减小，在使用温度为800℃时合金中碳化物的类型发生变化。另外，实验发现随着模壳温度的降低，合金在800℃，165MPa时的持久寿命和蠕变性能都得到改善，持久拉伸试样为穿妥理断口，表明这种材料的等强温度在800℃以上，所以晶粒、枝晶的细化有利于高温力学性能的提高。     

20Cr11MoVNbNB钢的蠕变性能与组织的关系

研究了20Cr11MoVNbNB钢550—650℃的蠕变性能及组织的变化,发现在550℃,蠕变应力>180MPa时,过渡蠕变应变和蠕变时间的ε_β-ι~(1/3)关系中,呈现前期斜率β_1大于后期β_2的两段线性关系;550℃稳态蠕变速率可用■=Aσ~nexp(-Q_c/RT)来表示,其中n=4.7,Aexp(-Q_c/RT)=5.37×10_(-16);550—650℃的表观蠕变激活能Q_c=430kJ/mol,其值远大于基体Fe原子的自扩散激活能;发现在蠕变过程中,随蠕变应力和蠕变时间增加,沉淀相的总量和其中的Cr,Mo,V含量增加,Fe和Nb含量则下降。     

微量元素B、Zr对镍高温合金组织结构与高温力学性能的影响

通过扫描电镜研究了在Ni-20Cr-10Mo-10Co合金中分别添加微量元素B、Zr后，合金的组织结构的变化。并且对在实验条件为800℃、170MPa情况下的合金蠕变和持久性能进行了测试，结果均有明显提高。     

长期时效对20Cr32Ni1Nb奥氏体不锈钢组织演化及蠕变行为的影响

采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和蠕变试验,研究了长期时效对20Cr32Ni1Nb奥氏体耐热钢微观组织演化及蠕变行为的影响.结果表明:长期时效过程中材料在基体内会析出大量的二次碳化物,枝晶界上会发生NbC和M23C6碳化物的不断长大和粗化,并且NbC向G相转变;与原始状态的蠕变性能相比,长期高温时效...     

P91主蒸汽管道焊接接头的蠕变特性和寿命估算

对P91钢母材和焊接接头进行持久试验，研究P91钢的蠕变特性，采用等温线法和L-M参数法对持久强度进行外推，进而对P91钢制主蒸汽管道的蠕变寿命进行估算。     

Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb合金高温渗碳浓度场的数值模拟

以Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb炉管钢为研究对象,以菲克第二定律和"平衡常数法"为理论基础,采用有限差分数值方法,实现了这两种高Cr-Ni裂解炉管材料高温渗碳时碳的扩散和碳化物析出的模拟,给出了渗层的总碳含量、基体中的碳含量、基体中合金元素含量在不同渗碳时间沿壁厚的分布.在1000℃对两种材料进行了固体渗碳实验,分析比较了高温下两种材料的渗碳动力学规律.结果表明,浓度场模拟结果与实验测量值吻合较好.从渗碳增重曲线和浓度场模拟结果可以看出,Cr35Ni45Nb钢的抗渗碳能力强于Cr25Ni35Nb钢.     

机械预变形对定向凝固DZ4合金持久寿命的影响

对定向凝固DZ4合金机械预变形和热处理后的持久寿命与断裂行为进行了测试与分析，研究了再结晶对定向凝固DZ4合金持久行为的影响机制。结果表明，定向凝固DZ4合金机械预变形和热处理后在其表面形成再结晶层。再结晶层对定向凝固DZ4合金持久寿命的影响很大，表面130gm的再结晶使其持久寿命下降33％。再结晶层本身的强度极低、再结晶层与基体的变形不协调以及界面所具有的缺口效应导致了定向凝固DZ4合金机械预变形和热处理后持久强度的下降。     

403Nb钢的组织特征与蠕变行为

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究了403Nb钢的蠕变性能特点、变形特征、组织及其变化规律。结果表明：403Nb钢具有明显的温度敏感性,在试验条件下,403Nb钢蠕变激活能为463 kJ/mol,组织为回火板条马氏体,相邻马氏体板条组间取向几乎垂直。在马氏体中存在高密度的位错和尺寸约0.2μm的残留NbC,在马氏体板条界,特别是晶界处沉淀大量更为细小的纳米Cr23C6。蠕变期间,NbC十分稳定,但晶界处（Cr,Fe）23C6部分向（Cr,Fe）7C3转变。403Nb钢的蠕变变形机制是晶界滑移、位错滑移及由位错增值束集引起的动态再结晶,对上述过程碳化物起到阻碍作用,提高了钢的蠕变抗力。     

定向凝固DZ4合金的持久与蠕变行为研究

对定向凝固DZ4合金的持久与蠕变性能进行了研究,并结合断口观察,分析了其持久和蠕变断裂行为.结果表明,DZ4合金在700℃～800℃之间具有较高的持久延伸率和断面收缩率.持久寿命对温度和应力均很敏感.DZ4合金在700℃和760℃下的持久寿命与施加应力均具有较好的半对数关系.随着温度的升高和应力的增加,DZ4合金蠕变第二阶段的时间迅速减少.温度较低时,DZ4合金的持久断裂裂纹的扩展主要以45°剪切柱状晶杆和沿柱状晶界及枝晶界为主.     

基于计算机的0Cr21Ni11SiNRE奥氏体钢高温持久性能分析

研究了高温环境下0Cr21Ni11Si NRE新型奥氏体钢的持久性能。结果表明,不同试验温度下,应力均非常高使其处于同一蠕变阶段,使得蠕变机制没有发生明显的变化。通过计算机拟合曲线可以预测该材料的持久强度。     

Cr35Ni45钢高温长期服役过程的氧化机理研究

采用扫描电镜、电子探针和XRD等方法对不同服役时间(原始态、1.5年、6年)Cr35Ni45乙烯裂解炉管内壁的氧化行为进行分析。结果表明,高温长时服役后炉管内壁出现了氧化层、碳化物贫化区和碳化物富集区三个区域,其氧化行为包括Cr2O3外氧化和SiO2内氧化;由于清焦、热应力及Cr2O3的高温不稳定性的影响,服役过程中外氧化膜发生了反复破坏和重建;外氧化膜的反复破坏和重建使亚表层贫铬,导致形成碳化物的临界碳浓度增加,在内壁亚表层形成贫碳化物区,多余的碳原子在其内侧析出,形成碳化物富集区。服役6年炉管的组织已经进入“Cr-C重新内分布”到“碳化物氧化”的过渡阶段,发生严重的内碳化和内氧化,组织弱化严重。     

再热恢复处理对蠕变损伤定向凝固高温合金γ'相的影响

以定向凝固GTD111合金为研究对象,采用蠕变中断实验获得蠕变损伤合金,之后对损伤合金进行简单再热恢复处理,研究了恢复参数对合金组织的影响以及γ′相的恢复演化过程。结果表明,1180～1220℃下固溶处理可有效溶解粗化形变γ′相并析出二次γ′相,且二次γ′相尺寸随固溶温度和冷却速率的增加而减小,但当固溶温度增至1240℃,合金发生初熔;高温时效是二次γ′相长大和三次γ′相析出的过程,且二次γ′相尺寸和立方度随时效温度和保温时间的增加而增大;低温时效中三次γ′相继续析出和长大。GTD111损伤合金的合适恢复参数为:1220℃、2 h、AC+1121℃、2 h、AC+843℃、24 h、AC。由于恢复态合金具有更大体积分数的双尺寸形态γ′相,其在750℃、843 MPa下的持久寿命达到65 h,是原始合金持久寿命的1.3倍。     

1.25Cr0.5Mo钢疲劳-蠕变交互作用的损伤研究

以连续损伤力学(CDM)的经典损伤理论为基础,对疲劳、蠕变及其交互作用下的损伤演化分别进行了研究,进而推导出一个新的疲劳-蠕变交互作用的损伤模型.为将上述模型方便的运用于工程实际之中,通过1.25Cr0.5Mo钢光滑试样540℃环境下应力控制的梯形波加载实验,对工程中容易测量的轴向变形即平均应变的变化规律进行了研究,选取平均应变的变化作为损伤变量,用上述模型进行了1.25Cr0.5Mo钢光滑试样540℃下的疲劳-蠕变交互作用的损伤描述,结果表明实验损伤点与该模型的损伤演化规律符合较好.在上述模型和平均应变变化规律的基础上,对工程上如何进行失效判定进行了相应的探讨.