Forschungstrends der Wärmebehandlung von austenitischem hitzebeständigem Stahl

Um die CO2-Emissionen zu reduzieren, umfangreiche Forschung und Entwicklung von A-USC-Geräten. Die Legierung 23Cr-45Ni-7W (ASTM UNS N06674) ist ein Material, das die Kriechfestigkeit verbessert, indem es die Ausscheidung der Laves-Phase verstärkt. Es ist ein Ersatzmaterial für Hochtemperatur-Dampfleitungen und Kesselrohre in A-USC-Geräten. Kesselrohre müssen manchmal während der Konstruktion kalt gebogen werden, daher ist es notwendig, die Änderungen der Eigenschaften während der Verarbeitung zu verstehen. Forschungsberichte haben die Auswirkung der Kaltumformung auf die Kriechfestigkeitseigenschaften der Legierung bewertet.

Die Anwendung von Ni-basierten Superlegierungen mit besserer Hitzebeständigkeitsfestigkeit als herkömmliche hitzebeständige Stähle in A-USC-Dampfturbinenlaufrädern der 700℃-Klasse wurde untersucht. Als Ni-basierte Legierung für A-USC-Turbinenlaufräder wurde eine Ni-0.05C-18Cr-13Co-9Mo-1.3Al-1.4Ti-0.1Ta-0.3Nb-Legierung entwickelt. Die Legierung besteht aus Inconel 617 (ASTM UNS N06617) ist das Grundmaterial, und die Legierungszusammensetzung wurde angepasst und verbessert. Es gibt Forschungsberichte über die Auswirkung der Wärmebehandlungsbedingungen auf die mechanischen Eigenschaften der Legierung.

Als Legierungsmaterial auf Ni-Basis, das auf Gussteile des Laufradkastens und des Düsenkastens des Generatorsatzes mit ultraüberkritischem Druck (A-USC) mit einer Dampftemperatur von 700 ℃ aufgetragen werden kann, gibt es Forschungsberichte über die Wirkung von Al- und Ti-Zugabe auf Ni- Der Einfluss der 0.07C-13Cr-9Mo-19Cr-0.1Ta-0.3Nb-Al-Ti-Legierung auf die mechanischen Eigenschaften wurde bewertet. Diese Legierung wird mit Ta und Nb gemischt, die dem Material auf der Grundlage von ASTM UNS N06617 (äquivalent zu Legierung 617) hinzugefügt werden.

Es gibt Forschungsberichte über die Anwendung von ausscheidungsverstärkter geschmiedeter Ni-basierter Superlegierung Ni-19Cr-12Co-6Mo-2Al-3Ti-1W-0.05C-0.005B in rotierenden Teilen von A-USC-Dampfturbinen der Klasse 700℃. Als Ergebnis ist ersichtlich, dass die Phase als intermetallische Verbindung bei einer Düsentemperatur von 850°C als Nadeln ausfällt. Daher wurden der Niederlast-Ermüdungstest und der Zugtest an dem gealterten Material durchgeführt und der Einfluss der relativen mechanischen Eigenschaften untersucht.

Um die Verwendung der Fe-18.4Cr-31.0Ni-3.3Nb-Legierung in A-USC-Einheiten mit einer Dampftemperatur von 700℃ zu ermöglichen, wird eine neue Fe-18.4Cr-31.0Ni-3.3Nb-Legierung (Masse-%) vorgeschlagen . Die Nb enthaltende intermetallische Verbindung dient als Festigungsphase. Die Korngrenzen dieser Legierung sind fast von der Laves-Phase bedeckt, die die TCP-Phase ist, und die Ni3Nb-Phase der GCP-Phase ist in den Kristallkörnern ausgefällt, sodass sie eine gute Hochtemperaturfestigkeit aufweist.

Um die Korrosionsbeständigkeit von hitzebeständigen Materialien zu verbessern, muss Cr hinzugefügt werden, aber die Beziehung zwischen der in dieser Legierung hinzugefügten Cr-Menge und der Struktur ist nicht klar. Daher führten einige Forscher basierend auf dem 18Cr-Additiv die Beziehung zwischen der Strukturänderung und den Kriecheigenschaften ein, wenn die Menge der Cr-Zugabe auf 1623 Masse-% zunahm oder abnahm.

Um die Stromerzeugungseffizienz von thermischen Stromerzeugungsanlagen zu verbessern, haben wir die Entwicklung von 700℃ super-ultra-überkritischem Druck (A-USC)-Stromerzeugungsanlagen aktiv vorangetrieben. Bei diesen Entwicklungsprojekten (thermie700 in Europa und DOE-Vision21 in den Vereinigten Staaten usw.) ist Alloy 617 (JIS-NW6617) eines der alternativen Standardmaterialien für Kesselausrüstung, das in rauen Umgebungen verwendet werden kann.

Daher bewertete ein Forschungsbericht die Hochtemperatur-Zugeigenschaften von NW6617 und die Niederzyklus-Ermüdungseigenschaften verschiedener Wellenformen, kombiniert mit der Querschnittsbeobachtung, verdeutlichte die detaillierten Hochtemperatur-Festigkeitseigenschaften und bewertete die Beschädigung des Kriech- anstrengendes Leben. . Insbesondere wurden die Eigenschaften der Hochtemperatureigenschaften von NW6617 verdeutlicht, indem austenitischer hitzebeständiger Stahl und ferritischer hitzebeständiger Stahl mit hohem Chromgehalt verglichen wurden.

Die Fe-Ni-Legierung HR6W (Fe-23Cr-45Ni-5/7W-Ti, Nb) ist ein alternatives Material für A-USC-Kesselrohre. Wie wir alle wissen, handelt es sich bei Kesselrohren im Allgemeinen um Rohre mit großem Durchmesser, und während des Schweißens treten in der von der Schweißwärme betroffenen Zone Eigenspannungen auf. Als Methode zur Reduzierung dieser Restspannung gibt es die SR-Behandlung (Stressabbau), aber ihre Behandlungsbedingungen für HR6W sind noch nicht klar.

Daher wurde zur Bestätigung der SR-Behandlungsbedingungen ein Spannungsrelaxationstest an den Mikrostrukturänderungen nach der SR-Behandlung, dem Material und dem Grundmaterial nach dem Schweißen durchgeführt. Später untersuchte ein Forschungsbericht die Zeitstandfestigkeit von HR6W nach der SR-Behandlung.

Um eine neue Generation hocheffizienter A-USC-Geräte der 700℃-Klasse zu entwickeln, wurden bisher verschiedene Legierungen entwickelt. Insbesondere wird auch aktiv an einer neuen Art von Fe-18.4Cr-31.0Ni-3.3Nb-Legierung (Masse-%) geforscht, die intermetallische Verbindungen verwendet, die Nb als Verstärkungsphase enthalten.

Einige Forscher haben die Strukturänderung und die Kriecheigenschaften dieser Legierung untersucht, wenn die Cr-Zugabemenge geändert wird, und festgestellt, dass die Kriechfestigkeit stark verringert wird, wenn die Cr-Zugabemenge 23 Masse-% erreicht. Um die intragranulare Verfestigungsphase feiner und stabiler zu machen, wurde daher Zr als Zusatzelement ausgewählt, und der Einfluss der Zugabe von Zr auf die Mikrostruktur und die Kriecheigenschaften der Cr-Legierung wurde untersucht.

Um A-USC-Stromerzeugungsanlagen auf 700 ° C-Niveau zu entwickeln, wurde eine neue Art von austenitischem hitzebeständigem Stahl Fe-20Cr-30Ni-2Nb (at.%) mit zwei intermetallischen Verbindungen (TCP-Phase und GCP-Phase) als Kräftigungsphase Konzipiert. Der Stahl kann die erforderlichen Eigenschaften von A-USC-Kesselrohren (700 °C, 105 h Zeitstandfestigkeit von 100 MPa oder mehr) erfüllen, da die Fe2Nb-Laves-Phase (TCP-Phase) die interkristalline Ausscheidung verstärken kann.

Um die Anwendung dieses Verstärkungsmechanismus in Stromerzeugungsanlagen der 800°C-Klasse (FA-USC) zu klären, untersuchte daher ein Forschungsbericht die 1073K-Kriecheigenschaften, bei denen nur die Laves-Phase ausgefällt wurde, wobei der Schwerpunkt auf der Laves-Phase bei der lag Korngrenze, um es zu studieren. Beziehung zur Organisation.

Die Kriechfestigkeit von Fe-20Cr-30Ni-2Nb (at.%), verstärkt durch die Korngrenzen-TCP-Fe2NbLaves-Phase und die intragranulare GCP-Ni3Nb-Phase, ist viel höher als bei bestehenden Stahlsorten. Der Stahl erfüllt grundsätzlich den Zielwert von 700°C A-USC Stromerzeugungsanlagen (700°C, 100MPa, 105h). Darüber hinaus ist hitzebeständiger Stahl ausgelegt, der für eine höhere Dampftemperatur von 800°C verwendet werden kann.

Um die Kriechfestigkeit des Materials unter der Wasserdampfumgebung von 800℃ im Kesselrohr aufrechtzuerhalten, ist auch die Oxidationsbeständigkeit des Materials sehr wichtig. Daher untersuchte ein Forschungsbericht das Kriechverhalten des Stahls in einer Wasserdampfatmosphäre, die das tatsächliche Kesselrohr einer Stromerzeugungsanlage simulierte, und verglich es mit den Testergebnissen in der Atmosphäre.

Fe-20Cr-30Ni-2Nb-Stahl wird als neue Art von hitzebeständigem Stahl vorgeschlagen, der für A-USC-Generatorkesselrohre der Klasse 700℃ verwendet werden kann. Die tatsächliche Verwendung zeigt, dass dieser Stahl die TCP-Phase (Fe2Nb-) an der Korngrenze ausfällen und GCP erzeugen kann. Die Phase (Ni3Nb-) scheidet sich in den Kristall aus und hat gute Kriecheigenschaften. Es hilft bei der Entwicklung von superhitzebeständigem Stahl, der Dampftemperaturen von bis zu 800 °C standhält.

Wenn die Übergangsmetallelemente M, die die beiden Verbindungen bilden, unterschiedlich sind, kann die Festigkeit weiter verbessert werden, indem die Struktur der Korngrenze (Fe 2 M 1 ) und der intragranularen (Ni 3 M 2 ) unabhängig gesteuert wird. Daher weisen einige Forschungsberichte im Hinblick auf das Phasengleichgewicht zwischen -Fe/TCP-Phasen darauf hin, dass das Übergangsmetallelement M als das Fe-Ni-Nb-M4-Elementarmetall ausgewählt werden kann, nachdem Nb fixiert wurde, und das Phasengleichgewicht und die Verteilung von Nb und M in jeder Phase wurden untersucht.

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