【摘 要】
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氧化物弥散强化(ODS)钢具有优异的高温性能和耐腐蚀性能,在未来火电超临界机组蒸汽与涡轮用钢、核电高温结构材料、航空发动机热端零部件等关键领域具有广阔的应用前景和发展空间。本文采用粉末冶金制备工艺,设计并制备了以Super304H不锈钢成分为基础的奥氏体ODS钢,研究分析了奥氏体ODS钢热等静压后的烧结态微观组织,主要包括基体晶粒分布特征、微米级大尺寸析出相、纳米级氧化物,并且测定了烧结态合金的强
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氧化物弥散强化(ODS)钢具有优异的高温性能和耐腐蚀性能,在未来火电超临界机组蒸汽与涡轮用钢、核电高温结构材料、航空发动机热端零部件等关键领域具有广阔的应用前景和发展空间。本文采用粉末冶金制备工艺,设计并制备了以Super304H不锈钢成分为基础的奥氏体ODS钢,研究分析了奥氏体ODS钢热等静压后的烧结态微观组织,主要包括基体晶粒分布特征、微米级大尺寸析出相、纳米级氧化物,并且测定了烧结态合金的强度力学性能,从微观结构角度分析得出了该奥氏体ODS钢的强化机制。另外,本文对热等静压后烧结态奥氏体ODS钢的高温组织稳定性进行了研究,并且将其基体微观组织变化与硬度性能结合分析,从微观组织结构角度分析得出该奥氏体ODS钢在高温下的硬度变化规律。研究结果表明,奥氏体ODS钢原始烧结态组织具有双峰分布晶粒特征,晶粒内有大量与基体呈半共格关系的纳米氧化钇(Y2O3)粒子,其中Cu元素的添加会促使形成富Cu相,作为Y2O3的形核中心,富Cu相的存在有利于Y2O3的弥散析出,呈现出一种Y2O3包裹在富Cu相周围的聚集结构。在室温(RT)和高温650℃的力学性能测试表明,与商用Super304 H不锈钢相比,强度有了大幅提高,超细晶粒结构和弥散分布的氧化物是奥氏体ODS钢最主要的强化原因。对组织热稳定性的研究结果表明,时效过程中基体晶粒发生粗化,M23C6沿晶界析出,并随时间增加析出逐渐增多,同时晶内析出了白色Nb(C,N)相。时效处理弱化了氧化物Y2O3与基体的共格关系,使Y2O3界面能提高,发生粗化长大。同时,Y2O3包裹在富Cu相周围的包层结构逐渐消失,并在基体中析出了大量尺寸细小的富Cu相。显微硬度在时效过程中的变化与晶粒尺寸和第二相析出数量、密度有关。粗晶粒区的硬度变化不大,但细晶粒区的总体硬度随时间增加有所提高。
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