Sự tiến hóa vi cấu trúc và tính chất cơ học của hợp kim Fe–18Ni–16Cr–4Al trong quá trình già hóa ở 950°C

International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials - 2016
Man Wang1, Yong-duo Sun2, Jing-kai Feng1, Rui-qian Zhang2, Rui Tang2, Zhang-jian Zhou1
1School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing, China
2Science and Technology on Reactor Fuel and Materials Laboratory, Nuclear Power Institute of China, Chengdu, China

Tóm tắt

Sự phát triển của các hệ thống hạt nhân thế hệ IV và các nhà máy điện siêu siêu tới hạn đặt ra yêu cầu cao hơn đối với vật liệu cấu trúc được sử dụng cho các thành phần chủ chốt. Một loại thép austenitic tạo alumina Fe–18Ni–16Cr–4Al (dựa trên 316) đã được phát triển trong phòng thí nghiệm của chúng tôi. Sự tiến hóa vi cấu trúc và tính chất cơ học của nó trong quá trình già hóa ở 950°C đã được điều tra sau đó. Những thay đổi vi cấu trúc được xác định bằng kính hiển vi điện tử quét, khuếch tán điện tử ngược, và kính hiển vi điện tử truyền qua. Các hạt NiAl hình kim bắt đầu kết tủa trong austenite sau 10 giờ già hóa, trong khi các hạt NiAl hình tròn trong ferrite trở nên thô hơn trong quá trình già hóa. Các kết tủa NiAl có hình dạng khác nhau trong các ma trận khác nhau xuất phát từ sự khác biệt về độ lệch mạng tinh thể. Độ dẻo kéo tăng 32,4% sau khi già hóa nhờ vào sự cải thiện trong tỉ lệ các ranh giới hạt có vị trí trùng khớp, trong khi đó độ bền kéo vẫn tương đối cao khoảng 790 MPa.

Từ khóa

#hợp kim #vi cấu trúc #tính chất cơ học #già hóa #thép austenitic #NiAl #nghiên cứu vật liệu

Tài liệu tham khảo

R. Viswanathan and W. Bakker, Materials for ultrasupercritical coal power plants- turbine materials: part II, J. Mater. Eng. Perform., 10(2001), No. 1, p. 96.

R. Viswanathan, K. Coleman, and U. Rao, Materials for ultra-supercritical coal-fire power plant boilers, Int. J. Pressure Vessels Piping, 83(2006), No. 11-12, p. 778.

K.L. Murty and I. Charit, Structural materials for Gen nuclear reactors: challenges and opportunities, J. Nucl. Mater., 383(2008), No. 1-2, p. 189.

R. Viswanathan, J. Sarver, and J.M. Tanzosh, Boiler materials for ultra-supercritical coal power plants: steamside oxidation, J. Mater. Eng. Perform., 15(2006), No. 3, p. 255.

V. Ramakrishnan, J.A. McGurty, and N. Jayaraman, Oxidation of high-aluminum austenitic stainless steels, Oxid. Met., 30(1988), No. 3, p. 185.

Y.D. Zhang, C. Zhang, H. Lan, P.Y. Hou, and Z.G. Yang, Improvement of the oxidation resistance of Tribaloy T-800 alloy by the additions of yttrium and aluminium, Corros. Sci., 53(2011), No. 3, p. 1035.

J.A. McGurty, Austenitic Iron Alloys, US Patent, US3754898 A, 1973.

C. Suryanarayana, Mechanical alloying and milling, Prog. Mater. Sci., 46(2001), No. 1-2, p. 1.

H. Sakasegawa, F. Legendre, L. Boulanger, M. Brocq, L. Chaffron, T. Cozzika, J. Malaplate, J. Henry, and Y. de Carlan, Stability of non-stoichiometric clusters in the MA957 ODS ferrtic alloy, J. Nucl. Mater., 417(2011), No. 1-3, p. 229.

M. Wang, Z.J. Zhou, H.Y. Sun, H.L. Hu, and S.F. Li, Microstructural observation and tensile properties of ODS-304 austenitic steel, Mater. Sci. Eng. A, 559(2013), p. 287.

M.Y. Wey, T. Sakuma, and T. Nishizawa, Growth of alloy carbide particles in austenite, Trans. Jpn. Inst. Met., 22(1981), No. 10, p. 733.

M. Taneike, F. Abe, and K. Sawada, Creep-strengthening of steel at high temperatures using nano-sized carbonitride dispersions, Nature, 424(2003), p. 294.

P.J. Maziasz, J.P. Shingledecker, and N.D. Evans, Developing new cast austenitic stainless steels with improved high-temperature creep resistance, J. Pressure Vessel Technol., 131(2009), p. 1.

K. Sawada, K. Kubo, and F. Abe, Creep behavior and stability of MX precipitates at high temperature in 9Cr-0.5Mo-1.8W-VNb steel, Mater. Sci. Eng. A, 319-321(2001), p. 784.

P.J. Maziasz, Developing an austenitic stainless steel for improved performance in advanced fossil power facilities, JOM, 41(1989), No. 7, p. 14.

M. Jahazi and J.J. Jonas, The non-equilibrium segregation of boron on original and moving austenite grain boundaries, Mater. Sci. Eng. A, 335(2002), No. 1-2, p. 49.

D.V.V. Satyanarayana, G. Malakondaiah, and D.S. Sarma, Steady state creep behaviour of NiAl hardened austenitic steel, Mater. Sci. Eng. A, 323(2002), No. 1-2, p. 119.

S. Muneki, H. Okada, H. Okubo, M. Igarashi, and F. Abe, Creep characteristics in carbon free new martensitic alloys, Mater. Sci. Eng. A, 406(2005), No. 1-2, p. 43.

Y. Yamamoto, M. Takeyama, Z.P. Lu, C.T. Liu, N.D. Evans, P.J. Maziasz, and M.P. Brady, Alloying effects on creep and oxidation resistance of austenitic stainless steel alloys employing intermetallic precipitates, Intermetallics, 16(2008), No. 3, p. 453.

S.W. Chen, C. Zhang, Z.X. Xia, H. Ishikawa, and Z.G. Yang, Precipitation behavior of Fe2Nb Laves phase on grain boundaries in austenitic heat resistant steels, Mater. Sci. Eng. A, 616(2014), p. 183.

M.P. Brady, J. Magee, Y. Yamamoto, D. Helmick, and L. Wang, Co-optimization of wrought alumina-forming austenitic stainless steel composition ranges for high-temperature creep and oxidation/corrosion resistance, Mater. Sci. Eng. A, 590(2014), p. 101.

Y. Yamamoto, M.P. Brady, Z.P. Lu, P.J. Maziasz, C.T. Liu, B.A. Pint, K.L. More, H.M. Meyer, and E.A. Payzant, Creep-resistant, Al2O3-forming austenitic stainless steels, Science, 316(2007), No. 5823, p. 433.

Y. Yamamoto, M.P. Brady, Z.P. Lu, C.T. Liu, M. Takeyama, P.J. Maziasz, and B.A. Pint, Alumina-forming austenitic stainless steels strengthened by Laves Phase an MC carbide precipitates, Metall. Mater. Trans. A, 38(2007), No. 11, p. 2737.

H. Bei, Y. Yamamoto, M.P. Brady, and M.L. Santella, Aging effects on the mechanical properties of alumina-forming austenitic stainless steels, Mater. Sci. Eng. A, 527(2010), No. 7-8, p. 2079.

M.P. Brady, I.G. Wright, and B. Gleeson, Alloy design strategies for promoting protective oxide-scale formation, JOM, 52(2000), No. 1, p. 16.

M.P. Brady, K.A. Unocic, M.J. Lance, M.L. Santella, Y. Yamamoto, and L.R. Walker, Increasing the upper temperature oxidation limit of alumina forming austenitic stainless steels in air with water vapor, Oxid. Met., 75(2011), No. 5, p. 337.

X.Q. Xu, X.F. Zhang, G.L. Chen, and Z.P. Lu, Improvement of high-temperature oxidation resistance and strength in alumina- forming austenitic stainless steels, Mater. Lett., 65(2011), No. 21-22, p. 3285.

R.L. Fullman and J.C. Fisher, Formation of annealing twins during grain growth, J. Appl. Phys., 22(1951), No. 11, p. 1350.

M. Shimada, H. Kokawa, Z.J. Wang, Y.S. Sato, and I. Karibe, Optimization of grain boundary character distribution for intergranular corrosion resistant 304 stainless steel by twin- induced grain boundary engineering, Acta Mater., 50(2002), No. 9, p. 2331.

Thông tin
Thông tin xuất bản

International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials

Thông tin tác giả