摘要
随着世界经济的高速发展，能源短缺和环境污染问题严重影响了人类的生产和生活,提高火力发电站的发电效率是改善现状的手段之一。但高温、高压和强腐蚀的服役环境，给现有耐热不锈钢提出了严峻的挑战。新型含铝奥氏体不锈钢(Alumina-Forming Austenitic Stainless Steel,AFA钢)的研发，给科学家们带来了新的研究方向。其优异的高温抗氧化、抗腐蚀性能以及高温力学性能，有望成为超超临界火力发电站核心机组的候选材料。 目前，新型含铝奥氏体不锈钢的主要研究方向，集中在合金元素设计对材料性能的影响、抗氧化机制研究以及长期服役的时效稳定性方面。而高温服役过程中潜在的时效脆化问题及其解决途径，却缺乏深入的系统性研究。本文主要研究内容为:设计制备了4种成分的AFA钢，分析时效析出过程中的沉淀相析出演化过程，并探讨不同沉淀相的强化效果;通过热轧和冷轧配合热处理两种制度对样品进行再结晶处理，对比再结晶后基体显微组织的变化;研究再结晶处理对时效脆化及高温蠕变性能的影响。 研究结果表明，成分设计对AFA钢时效析出的影响显著。对于未添加Nb元素的AFA钢样品，在700 ℃/120 h时效析出过程中观察到脆性的Cr23C6相，而添加Nb的样品中发现Cr23C6相的析出明显受到了抑制。这是由于Nb的添加使其优先与C在基体中形成纳米级NbC析出相，这使得材料具备更优的室温和高温拉伸性能。 通过两种再结晶制度，对4种成分的AFA钢进行再结晶处理。观察到通过再结晶处理可以细化AFA钢晶粒组织，冷轧再结晶效果优于热轧再结晶。由于Nb的加入会在熔炼过程中析出一次NbC，该沉淀相可以阻碍再结晶过程中晶界的移动，使得基体的再结晶颗粒尺寸更小。细小的晶粒和丰富的位错，让样品具有更好的力学性能。 对固溶态和再结晶态样品进行了时效处理。AFA钢时效后强度提升，但塑韧性有所下降。通过再结晶处理后，由于晶界的增加，削弱了 Cr和C在晶界处的富集，因此时效后晶界上Cr23C6相得到抑制，时效脆化现象得到改善。另一方面，固溶态时效样品由于时效脆化原因，在蠕变初期就发生快速的断裂。而再结晶态时效样品，因其丰富沉淀相的析出，使得材料稳态蠕变速率较低，具有较好的蠕变寿命。
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