文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
10CrMoWVNbN铁素体耐热钢组织与性能研究
姓名:闫超鹏
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:单爱党
20080201
10CrMoWVNbN 铁素体耐热钢组织与性能研究
摘要
为适应开发超超临界气轮机发电机组的需要,国内钢厂从国外引进了多种高性能的改性
9~12Cr 钢。10CrMoWVNbN (10705AJ)就是其中的一种。为了加快对该钢在超超临界发电机组的
使用,突破国外厂商的技术壁垒,迫切要求自行掌握该钢种的性能数据和组织演化,以充分发挥
其性能,并实现该钢的国产化。
本文对该钢的组织与性能进行两个方面的考察,一是研究热处理制度对组织的影响,二是高
温力学行为和蠕变过程中的组织演变。
通过对不同热处理制度得到的样品,采用 OM,EBSD 和 TEM 分别研究其组织,形貌和亚
结构,研究固溶温度和回火温度对组织的影响;并对这些样品进行萃取试验,研究样品中碳化物
的质量百分比。发现:对于六合样品合适的热处理制度为 1140℃淬火 1h,680℃回火 2h;上五
的样品,采用 1100℃淬火 1h,660℃回火 2h;对萃取碳化物的研究,六合样品的碳化物析出量
较上五的高,但性能是否优异,仍待进一步检验;回火过程中,组织内存在原位再结晶现象,使
马氏体板条破碎,形成新的晶粒,通过对亚结构的观察分析,回火后晶粒内部大量位错缠结,形
成亚晶,碳化物在晶界处弥散析出。
高温力学性能研究中,分别进行了短期蠕变试验和长时蠕变试验。短期蠕变试验中,对蠕变
第一阶段进行了唯象分析,蠕变第一阶段的激活能为 ~ kJ/mol,远低于 Fe 在α-Fe 及γ-Fe
中自扩散的激活能(280 kJ/mol);且蠕变激活能随应力增大而减小,表明应力高,靠温度提供能
量起伏小;研究了蠕变最小速率与应力和温度的关系,发现 10705AJ 材料的应力指数在 2 左右,
比较偏低,对应的变形机制主要为位错滑移控制,材料析出相对位错钉扎作用较弱;而通过对最
小蠕变速率与温度关系研究,激活能存在两个区间,对应两种变形机制。长时蠕变试验研究了稳
态蠕变速率与应力的关系,得到的应力指数较短期蠕变数据分析有所出入,一方面是短期蠕变行
为的试验仍需改进;另一方面,材料自身的缺陷也是造成性能变化较大的因素。
蠕变过程的组织演变,分别采用了 AFM 研究了短期蠕变试样的形貌像,EBSD 研究了长时
蠕变组织的显微结构和 TEM 研究了亚结构。短期蠕变试验中,适当的应力能促使细小弥散的碳
化物分布在晶界处,改善材料的蠕变性能,而在高温低应力下却更易加剧碳化物析出长大的不均
匀性。EBSD 和 TEM 分析都表明在蠕变过程中有亚晶(界)生成,除存在原始大角度晶界的连
续破坏外,还存在亚晶界和大角度晶界的动态生成现象。在回火和蠕变过程中都存在原位再结晶
I
和形核再结晶机制的竞争关系,随温度上升,碳化物钉扎晶界作用减弱,后者的作用上升;应力
的影响则相反,高应力促进原位再结晶。

关键词:铁素体耐热钢;热处理;蠕变;激活能;亚晶
II
Study on microstructure and properties of
10CrMoWVNbN steel
Abstract
In recent years, many high-performance modified 9~12Cr wt% steels have been imported in order
to meet the needs of ultra super critical gas turbine power set, and 10CrMoWVNbN(10705AJ)is one
of them. For excelerating the use of this steel in the ultra super critical gas turbine power set and
breaking the technological wall by panies, it is needed for us to master the performance and
microstructure of this steel.
In this thesis, two main facets about the microstructure and performance of this steel are studied:
one of them is changes of microstructur