Tendencias de investigación del tratamiento térmico del acero austenítico resistente al calor
Con el fin de reducir las emisiones de CO2, se realiza una amplia investigación y desarrollo de equipos A-USC. La aleación 23Cr-45Ni-7W (ASTM UNS N06674) es un material que mejora la resistencia a la fluencia al fortalecer la precipitación de la fase de Laves. Es un material sustituto para tuberías de vapor de alta temperatura y tubos de calderas en equipos A-USC. Los tubos de las calderas a veces deben doblarse en frío durante la construcción, por lo que es necesario comprender los cambios en las características durante el procesamiento. Los informes de investigación han evaluado el efecto del trabajo en frío sobre las características de resistencia a la fluencia de la aleación.
Se estudió la aplicación de superaleaciones a base de Ni con mejor resistencia al calor que los aceros convencionales resistentes al calor en impulsores de turbina de vapor de clase A-USC de 700 ℃. Como aleación a base de Ni para impulsores de turbina A-USC, se desarrolló la aleación Ni-0.05C-18Cr-13Co-9Mo-1.3Al-1.4Ti-0.1Ta-0.3Nb. La aleación está hecha de Inconel 617 (ASTM UNS N06617) que es el material básico, y la composición de la aleación se ha ajustado y mejorado. Hay informes de investigación sobre el efecto de las condiciones de tratamiento térmico en las propiedades mecánicas de la aleación.
Como material de aleación a base de Ni que se puede aplicar a piezas de fundición de la caja del impulsor y la caja de la boquilla del grupo electrógeno de presión ultra-supercrítica (A-USC) con una temperatura de vapor de 700 ℃, existen informes de investigación sobre el efecto de Adición de Al y Ti sobre Ni- Se evaluó la influencia de la aleación 0.07C-13Cr-9Mo-19Cr-0.1Ta-0.3Nb-Al-Ti sobre las propiedades mecánicas. Esta aleación está compuesta con Ta y Nb agregados al material según ASTM UNS N06617 (equivalente a la aleación 617).
Hay informes de investigación sobre la aplicación de superaleación de Ni-19Cr-12Co-6Mo-2Al-3Ti-1W-0.05C-0.005B forjada por precipitación reforzada con precipitación en piezas giratorias de turbinas de vapor de clase A-USC de 700 ℃. Como resultado, se puede ver que la fase como un compuesto intermetálico precipita como agujas a una temperatura de la boquilla de 850 ° C. Por lo tanto, se llevaron a cabo la prueba de fatiga de ciclo bajo y la prueba de tracción sobre el material envejecido, y se estudió la influencia de las propiedades mecánicas relativas.
Para permitir el uso de la aleación Fe-18.4Cr-31.0Ni-3.3Nb en unidades A-USC con una temperatura de vapor de 700 ℃, se propone una nueva aleación Fe-18.4Cr-31.0Ni-3.3Nb (% en masa) . El compuesto intermetálico que contiene Nb sirve como fase de refuerzo. Los límites de grano de esta aleación están casi cubiertos por la fase de Laves, que es la fase TCP, y la fase Ni3Nb de la fase GCP se precipita en los granos de cristal, por lo que tiene una buena resistencia a altas temperaturas.
Para mejorar la resistencia a la corrosión de los materiales resistentes al calor, se debe agregar Cr, pero la relación entre la cantidad de Cr agregada en esta aleación y la estructura no está clara. Por lo tanto, basándose en el aditivo 18Cr, algunos investigadores introdujeron la relación entre el cambio de estructura y las características de fluencia cuando la cantidad de Cr añadido aumentaba o disminuía a 1623% en masa.
Con el fin de mejorar la eficiencia de generación de energía de los equipos de generación de energía térmica, hemos promovido activamente el desarrollo de equipos de generación de energía de presión super ultra supercrítica (A-USC) de 700 ℃. En estos proyectos de desarrollo (thermie700 en Europa y DOE-Vision21 en Estados Unidos, etc.), uno de los materiales alternativos estándar para equipos de calderas que se pueden utilizar en entornos hostiles es la aleación 617 (JIS-NW6617).
Por lo tanto, un informe de investigación evaluó las propiedades de tracción a alta temperatura de NW6617 y las propiedades de fatiga de ciclo bajo de varias formas de onda, combinadas con la observación transversal, aclaró las características detalladas de resistencia a alta temperatura y evaluó el daño de la fluencia. vida fatigada. . En particular, las características de las características de alta temperatura de NW6617 se han aclarado comparando el acero austenítico resistente al calor y el acero ferrítico resistente al calor con alto contenido de cromo.
La aleación Fe-Ni HR6W (Fe-23Cr-45Ni-5 / 7W-Ti, Nb) es un material alternativo para las tuberías de calderas A-USC. Como todos sabemos, la tubería de la caldera es generalmente una tubería de gran diámetro y durante la soldadura se producirán tensiones residuales en la zona afectada por el calor de la soldadura. Como método para reducir este estrés residual, existe el tratamiento SR (alivio del estrés), pero sus condiciones de tratamiento para HR6W aún no están claras.
Por lo tanto, para confirmar las condiciones del tratamiento SR, se realizó una prueba de relajación de esfuerzos sobre los cambios de microestructura después del tratamiento SR, el material y el material base después de la soldadura. Más tarde, un informe de investigación investigó la resistencia a la rotura por fluencia de HR6W después del tratamiento con SR.
Para desarrollar una nueva generación de equipos de clase A-USC 700 ℃ de alta eficiencia, hasta ahora se han desarrollado varias aleaciones. En particular, también se está investigando un nuevo tipo de aleación Fe-18.4Cr-31.0Ni-3.3Nb (% en masa) que utiliza compuestos intermetálicos que contienen Nb como fase de refuerzo.
Algunos investigadores han investigado el cambio de estructura y las características de fluencia de esta aleación cuando se cambia la cantidad de adición de Cr y encontraron que cuando la cantidad de Cr añadido alcanza el 23% en masa, la resistencia a la fluencia se reducirá en gran medida. Por lo tanto, con el fin de hacer más refinada y estable la fase de refuerzo intragranular, se seleccionó Zr como elemento aditivo y se estudió la influencia de la adición de Zr en la microestructura y características de fluencia de la aleación de Cr.
Para desarrollar equipos de generación de energía de nivel A-USC de 700 ° C, un nuevo tipo de acero austenítico resistente al calor Fe-20Cr-30Ni-2Nb (at.%) Con dos compuestos intermetálicos (fase TCP y fase GCP) como Fase de fortalecimiento Diseñado. El acero puede cumplir con las características requeridas de los tubos de caldera A-USC (700 ° C, resistencia a la rotura por fluencia 105h de 100MPa o más) porque la fase Fe2Nb-Laves (fase TCP) puede fortalecer la precipitación intergranular.
Por lo tanto, para aclarar la aplicación de este mecanismo de fortalecimiento en equipos de generación de energía de clase 800 ° C (FA-USC), un informe de investigación investigó las características de fluencia 1073K donde solo se precipitó la fase de Laves, centrándose en la fase de Laves en el límite de grano para estudiarlo. Relación con la organización.
La resistencia a la fluencia de Fe-20Cr-30Ni-2Nb (at.%) Reforzada por la fase de límite de grano TCP-Fe2NbLaves y la fase intragranular GCP-Ni3Nb es mucho más alta que las calidades de acero existentes. Básicamente, el acero cumple con el valor objetivo de los equipos de generación de energía A-USC a 700 ° C (700 ° C, 100MPa, 105h). Además, se diseña acero resistente al calor que se puede utilizar para una temperatura de vapor más alta de 800 ° C.
Para mantener la resistencia a la fluencia del material bajo el ambiente de vapor de agua de 800 ℃ en el tubo de la caldera, la resistencia a la oxidación del material también es muy importante. Por lo tanto, un informe de investigación investigó el comportamiento de fluencia del acero en una atmósfera de vapor de agua simulando el tubo de la caldera del equipo de generación de energía real y lo comparó con los resultados de las pruebas en la atmósfera.
El acero Fe-20Cr-30Ni-2Nb se propone como un nuevo tipo de acero resistente al calor que se puede utilizar para tubos de calderas de grupos electrógenos de clase A-USC de 700 ℃. El uso real muestra que este acero puede precipitar la fase TCP (Fe2Nb-) hasta el límite del grano y producir GCP. La fase (Ni3Nb-) precipita en el cristal y tiene buenas características de fluencia. Proporciona ayuda para el desarrollo de acero súper resistente al calor que puede soportar temperaturas de vapor de hasta 800 ° C.
Si los elementos de metal de transición M que constituyen los dos compuestos son diferentes, la resistencia se puede mejorar aún más controlando de forma independiente la estructura del límite de grano (Fe2M1) y el intragranular (Ni3M2). Por lo tanto, desde el punto de vista del equilibrio de fase entre las fases -Fe / TCP, algunos informes de investigación señalan que el elemento de metal de transición M puede seleccionarse como el metal elemental Fe-Ni-Nb-M4 después de que se fija Nb, y el Se estudió el equilibrio de fase y la distribución de Nb y M en cada fase.