發(fā)布時間：2020-11-14 11:13

　　 X12CrMoWVNbN鋼因其優(yōu)秀的使用性能,是制造核電用超超臨界機組轉(zhuǎn)子的重要材料。對該鋼而言,實際應(yīng)用過程中的安全問題是重中之重,而鋼中的夾雜物,尤其是尺寸較大的夾雜物,對材料的安全使用有很大影響。鋼中的夾雜物主要形成于兩個階段,煉鋼階段和鋼液凝固階段。熔煉形成的初生夾雜可在凝固前盡量移除,而凝固階段形成的夾雜物將被保留在鋼中,在材料的后續(xù)加工階段也無法去除。因此對X12CrMoWVNbN鋼凝固過程的夾雜物的析出與生長進行研究,具有重要應(yīng)用價值。本文對該鋼中夾雜物析出的熱力學和生長動力學進行了系統(tǒng)計算,并通過一系列實驗對計算進行驗證,揭示了該鋼凝固過程夾雜物的生長特性,且進一步對夾雜物的生長控制給出了建議。X12CrMoWVNbN鋼夾雜物析出的熱力學表明:鋼中析出的夾雜物主要為TiN和Al_2O_3類型。其中前者析出于凝固末期,后者在凝固前即可析出,無其他類型夾雜物析出。通過掃描電子顯微觀察和X射線能譜分析對析出夾雜物進行檢測,證實了熱力學的計算結(jié)果。若要控制TiN夾雜物在凝固階段不析出,則Ti元素的含量須低于0.003%。若要控制Al_2O_3夾雜在凝固前不析出,則凝固之前的氧含量須低于16 ppm。根據(jù)Ohnaka溶質(zhì)偏析模型和Goto夾雜生長模型對X12CrMoWVNbN鋼夾雜物的動力學計算表明:凝固冷卻速率越大,夾雜生長時間越短,因此夾雜物尺寸隨冷卻速率的增大逐漸減小。元素含量對夾雜物生長影響很大,含量越高,最終獲得的夾雜物尺寸越大。初始尺寸對夾雜最終尺寸在不同冷卻速率下影響不同。凝固冷速非常低時,夾雜物的初始尺寸對最終尺寸幾乎沒有影響。而當冷卻速率非常高時,由于溶質(zhì)元素的擴散被抑制,夾雜物將很難長大,因此其最終尺寸幾乎等于初始尺寸。通過5*10~(-2)~10~6 K/s的寬冷速范圍內(nèi)凝固實驗,研究冷卻速率對X12CrMoWVNbN鋼夾雜物析出的影響,并與動力學的計算結(jié)果進行比較,理論分析了二者之間的差異。X12CrMoWVNbN鋼中夾雜物的尺寸分布規(guī)律表明:在寬冷速范圍內(nèi),隨著冷卻速率的不斷增大,較大尺寸夾雜物的數(shù)量密度不斷降低,而較小尺寸夾雜物的數(shù)量密度則呈現(xiàn)出先增大后減小的特點,這是由于冷速增大對形成夾雜的溶質(zhì)元素析出的抑制增強所致。同時還對不同冷卻速率下,氧含量變化對夾雜物尺寸及分布的影響進行了研究。
【學位單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TM623;TG142.1
【部分圖文】：

[2]Fig. 1-1 The distribution of nuclear power station in global world圖1-2 蒸汽溫度、壓力與發(fā)電效率的關(guān)系[8]Fig. 1-2 Relationship between steam temperature, pressure and efficiency0100200300400500600700800900美國 法國 日本 俄羅斯 韓國 英國 加拿大 德國 烏克蘭 中國核反應(yīng)堆數(shù)量/座2009年核能發(fā)電量（億KW.h）

[7]，該溫度可為主蒸汽溫度，也可為再熱蒸汽溫度。只要溫度超過566℃，均可看做超超臨界。圖1-3展示了日本這個核電大國在上世紀開發(fā)超超臨界機組時，蒸汽壓力和蒸汽溫度不斷提升的過程[8]。圖1-3 日本超超臨界技術(shù)的發(fā)展歷程[8]Fig. 1-3 The development of ultra supercritical technology in Japan超超臨界轉(zhuǎn)子是發(fā)電機組汽輪機的核心部件，工作在極高溫度和壓力的蒸汽環(huán)境中。由于工作環(huán)境極為苛刻，因此轉(zhuǎn)子對性能的要求非常之高，包括良好的綜合力學性能如機械強度、延展性、性能均勻一致等[9]。此外，由于超超臨界轉(zhuǎn)子的服役時間經(jīng)常達到幾十年之久，對其在長期高溫氣氛中的組織穩(wěn)定性也有很高的要求。長期的高溫環(huán)境會造成組織的蠕變，又或者長期壓力作用下，轉(zhuǎn)子內(nèi)部應(yīng)力點將會誘發(fā)內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生，這對設(shè)備運行來說危害極大[8, 10]。而且轉(zhuǎn)子還必須淬透性良好以及具備優(yōu)異的加工性能,這就對轉(zhuǎn)子的制造材料提出了很高的要求[11-13]。目前超超臨界轉(zhuǎn)子的材料均為耐熱鋼，而 X12CrMoWVNbN 鋼正是這

圖1-4 凝固過程不同氧含量情況下Ti2O3的析出[77]Fig. 1-4 Precipitation of under different O content during solidification-170 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1fs
【參考文獻】

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1 Wen-jun Ma;Yan-ping Bao;Li-hua Zhao;Min Wang;;Control of the precipitation of TiN inclusions in gear steels[J];International Journal of Minerals Metallurgy and Materials;2014年03期

2 武宏波;王智冬;項冰;;國內(nèi)外核電發(fā)展形勢分析[J];能源技術(shù)經(jīng)濟;2012年03期

3 張德義;;世界能源消費形勢芻議[J];中外能源;2012年03期

4 夏志新;楊卓越;蘇杰;丁雅莉;;夾雜物的類型與形態(tài)對超高強度鋼塑性的影響[J];航空材料學報;2008年05期

5 馬力深;鐘約先;馬慶賢;袁朝龍;董嵐楓;;δ鐵素體對12%Cr超超臨界轉(zhuǎn)子鋼沖擊性能的影響[J];清華大學學報(自然科學版)網(wǎng)絡(luò).預覽;2008年11期

6 趙成志;魏雙勝;高亞龍;王艷華;;超臨界與超超臨界汽輪機耐熱鋼的研究進展[J];鋼鐵研究學報;2007年09期

7 陳洪;;中國核電設(shè)備材料國產(chǎn)化的前景及展望[J];特鋼技術(shù);2007年03期

8 Lee Hae-Geon;;Thermodynamic calculations and experiments on inclusions to be nucleation sites for intragranular ferrite in Si-Mn-Ti deoxidized steel[J];Journal of University of Science and Technology Beijing;2007年01期

9 張愛梅;;非金屬夾雜物對鋼性能的影響[J];物理測試;2006年04期

10 崔宏博;;核電汽輪機組特點研究[J];東方電氣評論;2005年04期

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本文編號：2883406