發(fā)布時(shí)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(jī)組轉(zhuǎn)子的重要材料。對(duì)該鋼而言,實(shí)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(duì)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(gè)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(wú)法去除。因此對(duì)X12CrMoWVNbN鋼凝固過程的夾雜物的析出與生長(zhǎng)進(jìn)行研究,具有重要應(yīng)用價(jià)值。本文對(duì)該鋼中夾雜物析出的熱力學(xué)和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)計(jì)算,并通過一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證,揭示了該鋼凝固過程夾雜物的生長(zhǎng)特性,且進(jìn)一步對(duì)夾雜物的生長(zhǎng)控制給出了建議。X12CrMoWVNbN鋼夾雜物析出的熱力學(xué)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(wú)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(duì)析出夾雜物進(jìn)行檢測(cè),證實(shí)了熱力學(xué)的計(jì)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(zhǎng)模型對(duì)X12CrMoWVNbN鋼夾雜物的動(dòng)力學(xué)計(jì)算表明:凝固冷卻速率越大,夾雜生長(zhǎng)時(shí)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(duì)夾雜物生長(zhǎng)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(duì)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(shí),夾雜物的初始尺寸對(duì)最終尺寸幾乎沒有影響。而當(dāng)冷卻速率非常高時(shí),由于溶質(zhì)元素的擴(kuò)散被抑制,夾雜物將很難長(zhǎng)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(shí)驗(yàn),研究冷卻速率對(duì)X12CrMoWVNbN鋼夾雜物析出的影響,并與動(dòng)力學(xué)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(diǎn),這是由于冷速增大對(duì)形成夾雜的溶質(zhì)元素析出的抑制增強(qiáng)所致。同時(shí)還對(duì)不同冷卻速率下,氧含量變化對(duì)夾雜物尺寸及分布的影響進(jìn)行了研究。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(guó) 法國(guó) 日本 俄羅斯 韓國(guó) 英國(guó) 加拿大 德國(guó) 烏克蘭 中國(guó)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(gè)核電大國(guó)在上世紀(jì)開發(fā)超超臨界機(jī)組時(shí)，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(jī)組汽輪機(jī)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(duì)性能的要求非常之高，包括良好的綜合力學(xué)性能如機(jī)械強(qiáng)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(shí)間經(jīng)常達(dá)到幾十年之久，對(duì)其在長(zhǎng)期高溫氣氛中的組織穩(wěn)定性也有很高的要求。長(zhǎng)期的高溫環(huán)境會(huì)造成組織的蠕變，又或者長(zhǎng)期壓力作用下，轉(zhuǎn)子內(nèi)部應(yīng)力點(diǎn)將會(huì)誘發(fā)內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生，這對(duì)設(shè)備運(yùn)行來(lái)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(duì)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2883406