ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 4
1.1 Высокохромистые стали мартенситного класса 4
1.2 Влияние легирующих элементов на структуру и свойства мартенситных
сталей 4
1.3. Характерная структура мартенситных сталей. Фазовый состав 8
1.4 Общие понятия ползучести. Особенности поведения мартенситных сталей в процессе ползучести 13
1.5. Цели и задачи 18
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ 20
2.1 Материал исследования и термическая обработка 20
2.2 Методика проведения испытания на длительную прочность и
ползучесть 20
2.3 Методы подготовки образцов 21
2.4 Методы исследования структуры 22
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 24
3.1 Структура стали после нормализации и отпуска 24
3.2 Анализ равновесного фазового состава стали 10Х9В2МФБР при
температурах 600°C и 650°C 26
3.3 Механическое поведение стали 10Х9В2МФБР в процессе ползучести 29
3.4 Микроструктура стали 10Х9В2МФБР после длительного старения 31
3.5 Микроструктура стали 10Х9В2МФБР поле испытания на длительную
прочность при температуре 600°C и напряжении 140МПа 34
3.6 Микроструктура стали 10Х9В2МФБР поле испытания на длительную
прочность при температуре 650°C и напряжении 80 МПа 38
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 44
4.1 Влияние температуры длительного старения на кинетику роста частиц
вторых фаз 44
4.2 Влияние ползучести на фазовый состав исследуемой стали 45
4.3 Движущие и тормозящие силы динамической полигонизации 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
Развитие современной теплотехнической промышленности направлено на увеличение доли сжигаемого твердого топлива и на сокращение вредных выбросов в атмосферу. Этого можно достичь за счет использования новых энергоблоков, работающих при суперсверхкритических параметрах пара (Т=600-620°С, Р=25-34МПа) [1]. Переход на такие параметры пара с традиционных (Т=545°С и Р=24МПа) позволит поднять КПД угольных энергоблоков с 35% до 44%. Это стало возможным при разработке новых жаропрочных сталей мартенситного класса с 9%Cr [1].
В современных конструкциях котлов они применяются как материал для изготовления элементов высокотемпературных котлов перегрева пара, коллекторов, главных паропроводов, паровых турбин. Эти стали соединяются с классическими теплотехническими сталями типа Р22/23/24 композитными швами, что позволяет большую по весу часть котлов выполнять из перлитных или бейнитных сталей, что имеет большое экономической значение. В то же время стали мартенситного класса отличаются от перлитных повышенной жаростойкостью в атмосфере пара или топочных газов [2].
В настоящее время в РФ идет реализация ряда крупных научно-исследовательских проектов по разработке и освоению сталей мартенситного класса. Машиностроительные и металлургические предприятия РФ начинают осваивать производство этих сталей и деталей из них [1]. Главная проблема при разработке сталей нового поколения заключается в обеспечении длительной прочности при достаточных жаростойкости, вязкости разрушения, сопротивлении малоцикловой усталости и технологичности изготовления.
В связи с этим представляют интерес исследования, связанные с разработкой новых составов сталей с использованием новых принципов легирования, изучением структуры и механических свойств сталей.
1) В результате проведения отпуска при 780°C структура стали 10Х9В2МФБР представляет собой смешанную структуру троостомартенсита с субзеренной со следующими параметрами структуры: размер реек 0.46 мкм, размер субзерен 0,40 мкм, размер карбидов M23C6составил 73 нм, карбонитридов V(C,N) 17 нм.
2) Было установлено, что сталь10Х9В2МФБР является термически стабильной на основании испытаний на длительное старение при 600°С в течение 6876 часов и при 650°C в течение 9273 часов. Размеры реек и субзерен меняются незначительно после длительного старения.
3) Повышение температуры старения с 600°С до 650°Сприводит к увеличению скорости коагуляции карбидов M23C6в 12,5 раз и частиц фазы Лавеса в 30 раз. Большая скорость коагуляции части фазы Лавеса связана с малой объемной долей при 650°С. Однако, температура не влияет на скорость коагуляции частиц V(C,N), скорость составляет 0,05х10-28 м3/с.
4) После проведения испытаний на длительную прочность при 600°C и 140 МПа и при 650°C и 80 МПа было обнаружено, что образуется 100% субзеренная структура в результате протекания процессов возврата и полигонизации.
5) После проведения испытаний на длительную прочность при 600°C и 140 МПа в рабочей части образца достигается равновесный размер субзерен, зависящий от прикладываемых напряжений, степени деформации и начальных размеров субзерен, и он составляет 0,60 мкм. В шейке образца размер субзерен соответствует равновесному размеру, зависящему от баланса тормозящих и движущих сил и от прикладываемого напряжения, деформации и начальных размеров субзерен и составляет 0,70 мкм.
6) После проведения испытаний на длительную прочность при 650°C и 80 МПа в рабочей части образца не достигается равновесного размера субзерна, в то время как в шейке образца достигается равновесный размер субзерна, зависящий от прикладываемого напряжения и степени деформации, и он составляет 1,30 мкм.
7) Пластическая деформация при 650°С не оказывает влияния на укрупнение частиц М23С6, поскольку размер частиц после длительного старения и после испытания на длительную прочность практически одинаковый и составляет 270-300 нм. Напротив, при 600°С, пластическая деформация сильно влияет на рост частиц, что приводит к увеличению их среднего размера до 170 нм, при этом величина пластической деформации не играет существенной роли, поскольку размер частиц в области равномерной деформации и в области шейки остается одинаковым.
8) Пластическая деформация не влияет на рост частиц фазы Лавеса ни при 600°С, ни при 650°С. Размер частиц фазы Лавеса одинаковый после длительного старения и после испытаний на длительную прочность и составляет 200-220 нм и 600-700 нм при режимах ползучести 600°С, 140 МПа и 650°С, 80 МПа, соответственно.
9) Пластическая деформация ускоряет рост карбонитридов УХс 50 нм до 70-90 нм, при этом повышение температуры с 600°С до 650°С не оказывает негативного влияния на рост этих частиц.
10) Наибольшие тормозящие силы, вызывающие сопротивление миграции границ субзерен, обеспечивают частицы карбида M23C6, которые при ползучести 600°C и 140 МПа составляют 0,05 МПа, а при 650°C и 80 МПа равны 0,03 МПа.
