低活化铁素体/马氏体耐热钢中MX型碳氮化物强化研究进展

论文摘要

低活化铁素体/马氏体耐热（RAFM）钢在强辐照条件下仍具有良好的力学性能、导热性及抗热膨胀性,被认为是目前核聚变反应堆的首选结构材料,但是其较低的高温蠕变抗力和抗辐照性能极大限制了其使用温度,进而影响了核聚变反应堆的转换效率。纳米级MX型碳氮化物作为钢中重要的强化相,在高温下仍具有良好的稳定性,能够有效阻碍位错的运动及湮灭,可以有效提高钢的高温蠕变性能。此外,纳米级MX型碳氮化物的析出还可以增加钢中的界面比,而界面是良好的缺陷陷阱,可以有效诱捕辐照产生的离位原子、空位等点缺陷,从而提高钢的抗辐照性能,因此进一步增加钢中的MX型碳氮化物含量被认为是提升RAFM钢力学性能的有效途径。目前,提高RAFM钢中MX型碳氮化物强化最有效的方式主要有三种:氮化物强化工艺、形变热处理工艺（TMT）和Ti元素的添加工艺。三种工艺均能有效提高钢的高温拉伸及蠕变性能,但它们对钢综合力学性能的影响并不完全相同。氮化物强化工艺主要是通过降低钢中的C含量同时提高N含量,从而达到促进MX型碳氮化物析出的目的。但由于钢中的N含量较高,极易形成粗大的TaN夹杂,在低温条件下,钢的临界裂纹尺寸会大幅降低,TaN夹杂就会成为冲击过程的裂纹源,从而使钢的韧脆转变温度（DBTT）大幅升高。TMT工艺主要是将钢加热到奥氏体化温度以上进行保温,使钢中碳化物充分溶解,之后降温至M23C6型碳化物熔点以上,对钢引入较大的变形量,从而产生大量位错,促进MX型碳氮化物的形核。由于较高的固溶温度和较大的变形量,TMT处理后,钢具有较大的晶粒尺寸和较高的应力状态,从而使钢的冲击性能大幅降低。Ti元素添加工艺主要是在钢中引入Ti元素,Ti是良好的碳氮化物形成元素,在钢中极易与C、N元素结合形成MX型碳氮化物,从而提高钢中的MX型碳氮化物含量。与氮化物强化及TMT工艺不同,Ti元素添加后,钢中并未出现粗大的夹杂物及过大尺寸的晶粒,其表现出最佳的综合力学性能,与传统RAFM钢相比,其高温力学性能及室温冲击性能均大幅增加,仅DBTT值略有升高。本文从强化机理出发,重点介绍了近年来MX型碳氮化物强化RAFM钢的发展情况,并分析对比了三种MX型碳氮化物强化工艺对钢综合力学性能的影响。此外本文还指出了RAFM钢未来发展过程中可能遇到的其他问题,并对今后的研发重点进行了简要的分析。

论文目录

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 周金华,申勇峰

关键词: 型碳氮化物,氮化物强化,工艺,元素

来源: 材料导报 2019年11期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 金属学及金属工艺,核科学技术

单位: 东北大学材料科学与工程学院材料各向异性与织构教育部重点实验室

基金: 国家自然科学基金(51574079,U1430132)~~

分类号: TG142.73;TL627

页码: 1793-1800

总页数: 8

文件大小: 2082K

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