為提高燃煤電廠的熱效率,降低環(huán)境污染和提高資源利用率,發(fā)展超超臨界電站成為行之有效的措施之一。燃煤電廠熱效率的提高主要是通過提高蒸汽參數(shù),即蒸汽溫度和壓力。而蒸汽參數(shù)的提升對材料的高溫持久性能提出了更高的要求。當(dāng)蒸汽溫度達(dá)700℃或更高時,傳統(tǒng)的鐵素體鋼和新型奧氏體鋼已不能滿足使用要求,必須采用鎳基耐熱合金。
Haynes282合金是一種時效強(qiáng)化型鎳基耐熱合金,該合金具有較高的高溫蠕變強(qiáng)度、應(yīng)變時效斷裂強(qiáng)度和較好的熱穩(wěn)定性而被選為700℃先進(jìn)超超臨界機(jī)組候選材料之一。目前,國外的報道多集中在對其抗蒸汽氧化性、焊接性以及疲勞性能等方面的研究上,對合金時效過程中組織演變及力學(xué)性能的變化研究和報道較少。科研人員研究了282合金在700℃下長期時效過程中的組織和力學(xué)性能變化,并分析了組織變化對力學(xué)性能的影響。
試驗材料采用25kg真空冶煉法,均勻化退火后,鍛造成Φ16mm的圓棒。試驗材料經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理(1120℃×2h,空冷+1010℃×2h空冷和788℃×8h,空冷)后,在700℃下分別進(jìn)行100、300、1000、3000h時效處理。
時效后的金相試樣經(jīng)打磨、拋光后,用60%HNO3水溶液電解,隨后進(jìn)行微觀組織觀察并結(jié)合能譜分析確定析出相元素分布情況。觀察析出相形貌并確定析出相種類,測量硬度值,并測試合金室溫沖擊吸收能量。最后對時效試樣進(jìn)行微細(xì)相分析,將試樣進(jìn)行電解萃取,逐一分離出不同的析出相,進(jìn)行XRD分析和化學(xué)定量分析。試驗結(jié)果如下:
(1)隨時效時間的延長,Haynes282合金晶界M23C6型碳化物和晶內(nèi)MC型碳化物發(fā)生長大。γ'相隨時效時間的延長,長大緩慢,3000h時效后仍呈球形,細(xì)小彌散地分布在基體中。
(2)標(biāo)準(zhǔn)熱處理態(tài)的合金沖擊吸收能量為20.5J,隨時效時間的延長,沖擊吸收能量迅速下降,300~3000h之間,合金沖擊吸收能量保持在10J左右。晶界處連續(xù)分布的M23C6型碳化物是造成282合金沖擊吸收能量較低的重要原因。增加時效時間,晶界碳化物粗化長大,導(dǎo)致282合金沖擊吸收能量逐漸降低。
(3)282合金硬度隨時效時間的延長而增加。標(biāo)準(zhǔn)熱處理后,合金的硬度值較低,時效100h后,硬度值從標(biāo)準(zhǔn)熱處理態(tài)的272HBS顯著上升到342HBS,時效300~3000h硬度值有所增長,但趨勢緩慢。因為標(biāo)準(zhǔn)熱處理態(tài)γ'相含量較低,合金硬度較低,長期時效后,γ'相含量增大且顆粒長大較明顯,故使合金硬度增大。