Al元素对20Cr25NiNb耐热钢热老化行为的影响研究

为深入研究超临界气冷堆包壳材料的高温热老化行为以及Al元素对力学性能退化的影响,本文对添加Al元素和不含Al元素的2种20Cr25NiNb奥氏体耐热钢进行了750℃热老化试验,并开展了相应的微观组织分析和力学性能测试。研究发现,固溶态合金基体为奥氏体相,并含有少量微米级NbC。热老化后合金基体中析出了Laves相和σ相,而含Al钢中还观察到了NiAl相的析出。Al元素对20Cr25NiNb的热老化行为产生了双重影响,一方面,Al元素具有固溶强化效果,同时使得热老化后析出的Laves相尺寸更小、数密度更高,从而提升了高温拉伸强度;另一方面,蠕变裂纹主要沿晶界萌生并扩展,热老化后含Al合金中σ相体积分数更高,粗化更严重,严重降低了蠕变断裂寿命。不含Al合金晶界处析出的细小Laves相能有效阻止σ相生长,提升材料的蠕变性能。因此,本研究为超临界气冷堆包壳材料的成分优化提供了有力的支持。

热老化对20Cr25NiNb不锈钢冲击韧性的影响研究

针对长时间高温下合金力学性能退化问题,开展超临界气冷堆候选包壳材料的热老化研究。对改进型气冷堆用原型20Cr25NiNb不锈钢和添加不同元素的改进型合金,开展650℃下3000 h热老化试验。组织和性能结果表明,所有合金的冲击吸收能量(KV_(2))均随热老化进行而下降。这种塑性降低与高温下第二相演化密切相关。沿晶界先后析出M_(23)C_(6)和G相导致原型合金冲击韧性先下降再缓慢上升。添加W和Mo元素后,沿晶界析出Laves和σ相,引起KV_(2)下降更快;B元素可细化晶界σ相,使得冲击韧性下降幅度小于不含B元素。加入Al元素后,合金基体中析出大量Laves和NiAl相,同时晶界σ相快速粗化,导致材料脆化严重。