1.5 本章小結與展望

隨著環(huán)境污染和能源短缺問題日益加劇,在傳統(tǒng)火電機組向超超臨界火電機組發(fā)展的趨勢下,由于新型含鋁奧氏體耐熱鋼具有優(yōu)異的高溫抗蠕變性能給和高溫持久強度,成為了新一代超超臨界火電機組最有發(fā)展?jié)摿Φ牟牧稀１菊聫男滦秃X奧氏體耐熱鋼的發(fā)展歷程、各種合金元素的作用機制及設計原則、高溫強化機制和合金基體中的第二相等方面對新型含鋁奧氏體耐熱鋼進行了詳細的介紹和總結。

1)新型含鋁奧氏體耐熱鋼最初是由高溫超細沉淀強化奧氏體不銹鋼(HTUPS)為基,向合金基體中添加2.5%Al元素,并調整了Nb、Ni、Ti、C等元素的含量得到的。后國內外學者通過調整基礎合金以及合金元素的加入量,不斷研發(fā)出了許多種具有優(yōu)異高溫蠕變性能和高溫持久強度的新型含鋁奧氏體耐熱鋼。目前用于超超臨界火電機組的AFA鋼的主要發(fā)展方向和調控思路是以Super304H、HR3C和TP347HFG等合金為基,進一步調整Al、Si、N、Ni等合金元素含量,以獲得更加優(yōu)異的高溫蠕變性能、高溫持久強度和高溫抗氧化性能。

2)向新型含鋁奧氏體耐熱鋼合金基體中添加不同合金元素,對合金的性能具有不同的影響。向合金中加入Ni、C、Mn、N等強奧氏體形成元素,能有效地穩(wěn)定奧氏體組織,擴大奧氏體區(qū),獲得完全的奧氏體組織。從而使新型含鋁奧氏體耐熱鋼具有良好的強度、硬度、塑韌性以及熱力學穩(wěn)定性。向合金基體中加入Al、Si、稀土元素等能提升抗氧化性能的合金元素,能促進合金表面氧化膜的形成,可顯著提高鋼的抗氧化性能和高溫耐蝕性能。而向合金基體中添加Nb、Ti、V等強碳化物形成元素時,這幾種合金元素與C元素結合形成MC型碳化物,彌散分布在合金基體中,能夠有效地提升新型含鋁奧氏體耐熱鋼的高溫蠕變性能。因此在對AFA鋼進行成分設計時,在盡量控制成本的前提下,通過調控各種合金元素的加入量,使合金獲得優(yōu)異的高溫力學性能、高溫抗氧化性能和高溫蠕變性能。

3)新型含鋁奧氏體耐熱鋼的強化機制大致分為:固溶強化、位錯強化、晶界強化、第二相強化、細晶強化和彌散強化。通常情況下幾種強化機制共同作用,產生多元復合強化效果使合金獲得優(yōu)異的高溫性能。

4)新型含鋁奧氏體耐熱鋼中的第二相通常有:MC型碳化物、Laves相、B2?NiAl相、γ'相、σ相和M₂₃C₆相等。這些第二相細小彌散地分布在合金基體中,與位錯產生交互作用,對位錯運動產生阻礙,從而提高合金的變形抗力,提升合金在高溫下的持久強度和蠕變性能。第二相能夠有效阻礙位錯運動,而對位錯運動的阻礙程度與第二相的析出位置、尺寸和體積分數(shù)等息息相關。第二相的尺寸越小、分布越彌散、體積分數(shù)越大,對位錯運動的阻礙作用越明顯,越能提升材料的高溫持久強度和高溫蠕變性能。

新型含鋁奧氏體耐熱鋼高溫蠕變是一個較為復雜的過程,在涉及新型含鋁奧氏體耐熱鋼的合金成分設計、工藝參數(shù)和強化機制等方面仍需做出大量研究。未來關于改善新型含鋁奧氏體耐熱鋼的高溫蠕變性能方面的研究,需要在成分優(yōu)化、合金元素和制作工藝方面做出更深入的研究,還需要更加明確新型含鋁奧氏體耐熱鋼的高溫變形行為及強化機制、第二相及其變化規(guī)律對新型含鋁奧氏體耐熱鋼性能的影響。