论文总字数：22314字

摘 要

20-32Nb合金钢是在高温耐热合金800合金钢的基础上开发的新一代的新型用钢。与其它奥氏体合金钢相比，20-32Nb合金钢具有更强的高温强度和蠕变性能。而且，它的抗热疲劳性也强于800H合金钢。20-32Nb合金广泛应用于高温度的转化炉集气管。正是由于20-32Nb合金钢有其优异的综合性能，目前在我国化学工程、冶金、石油与天然气、机械工程等工业生产的各个领域中都采用20-32Nb耐热钢。但是由于国内对20-32Nb耐热合金钢的组织和结构研究还不够完善，我国20-32Nb耐热钢大部分还是依靠于进口，成本非常高。所以，为了降低生产成本，使得我国能够更加广泛的应用20-32Nb耐热钢，需要了解20-32Nb耐热钢的性能。在高温服役的过程中，20-32Nb合金微观组织的演变对20-32Nb耐热钢的性能有很大的影响。因此，有必要去研究集气管用Fe-Cr-Ni合金（本次实验采用20-32Nb耐热合金钢）在服役过程中微观组织的演变规律，使得20-32Nb耐热钢完全国产化。同时，也为去进一步研究20-32Nb耐热钢的组织成分以及性能作出理论上的准备。

综合国内外的研究成果，本文首先研究了20-32Nb耐热钢的发展历程、国内外的发展动态以及未来的发展状况；并介绍了20-32Nb耐热钢的析出相及强化方式。然后通过研究析出相电解萃取的原理，对不同时效阶段的20-32Nb耐热钢进行了析出相分析。同时，结合对20-32Nb耐热钢的不同形貌的分析以及长期时效过程中显微组织的演变进行研究。最后，通过采用蠕变持久试验对20-32Nb耐热钢的蠕变性能进行了广泛的讨论分析，重点分析了材料的蠕变曲线、蠕变机制、加速蠕变和蠕变断裂以及蠕变断口等几个方面的内容，旨在为20-32Nb耐热钢的进一步研究提供一些数据支持，使得20-32Nb耐热钢广泛的应用于国民经济经济建设中。

关键词：20-32Nb耐热钢 析出相 显微组织 蠕变性能

ABSTRACT

20-32Nb heat resistant steel is a new generation of steel in the development of Alloy 800,which has better performance of high temperature strength and creep properties than other austenite steel,its thermal fatigue is better than Alloy 800 .20-32Nb heat resistant steel Widely used in high temperature conversion furnace gas collecting pipe.It is because of 20-32Nb heat resistant steel that has excellent comprehensive properties,chemical engineering, oil and natural gas, metallurgy, mechanical engineering and other industrial production in all fields are using 20-32Nb heat resistant steel in China at present.The structure of 20-32Nb heat resistant steel is researched,which is still insufficient,mostly dependent on imports,and the cost is relatively high in the domestic.Therefore, in order to reduce production costs,making 20-32Nb heat resistant steel can get more extensive application in the domestic,so we need to understand the property of 20-32Nb steel. And in the process of high temperature service, the evolution of microstructure of 20-32Nb alloy has a great influence on the performance of 20-32Nb heat resistant steel. Hence, it is necessary to know collector with Fe-Cr-Ni alloy (the experiment using 20-32Nb heat-resistant steels) in the evolution of the microstructure in the process of service.At the same time,it also makes the theoretical preparation for the microstructure and properties of 20-32Nb heat resistant steel.

Summing up the research achievements at home and abroad.Firstly,this paper introduces the developing process of 20-32Nb heat-resistant steel, development trends as well as the development of future;The precipitation phase and the strengthening mode of 20-32Nb heat resistant steel were introduced.Secondly,By studying principle of the precipitation phase electrolytic extraction,we can analyze precipitated phase of 20-32Nb heat resistant steel in different aging.Meanwhile,the combined analysis of different morphologies of 20-32Nb heat resistant steels will be helpful to the research of evolution of microscopic structure in the long-term aging process.Finally, we conduct extensive discussion and analysis by using the creep rupture test for creep Property of 20-32Nb resistant steels and analyzes creep curves, creep mechanisms of materials, accelerate several aspects of creep and creep rupture and creep fractured and so forth,in order to provide more data for further research of 20-32Nb heat resistant steel,and to make 20-32Nb heat resistant steel is widely used in the national economic development.

Key Words: 20-32Nb Heat Resistant Steel; Precipitated Phase; Microstructure; Creep Property

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第1章 绪 论 II

1.1 课题研究背景 1

1.2 20-32Nb合金的开发及应用现状 2

1.2.1 20-32Nb合金的开发 2

1.2.2 20-32Nb合金国内外应用现状 4

1.3 20-32Nb合金国内外研究动态 5

1.3.1 20-32Nb合金概述 5

1.4 20-32Nb合金析出相及强化方式 7

1.4.1 20-32Nb析出相 7

1.4.2 20-32Nb的强化方式 10

第2章 20-32Nb合金析出相及微观组织演化分析 11

2.1 前言 11

2.2 20-32Nb合金时效试验研究 11

2.2.1 试样制备及试验参数 11

2.2.2 试验设备 12

2.3 国产20-32Nb合金析出相电解萃取试验研究 12

2.3.1 析出相电解萃取原理 12

2.3.2 试验制备与试验方法 13

2.3.3 试验步骤与过程 14

2.4 20-32Nb合金析出相电解萃取试验结果及讨论 14

2.4.1 20-32Nb合金中析出相总含量的变化规律 14

2.4.2 20-32Nb合金中析出相相结构 15

2.5 20-32Nb合金金相分析 16

2.5.1 金相试样制备 16

2.5.2 金相结果及分析 16

2.6本章小结 17

第3章 20-32Nb合金机械性能变化的研究 19

3.1 前言 19

3.2 试验材料及其力学性能 19

3.3 20-32Nb合金机械性能试验研究 20

3.3.1 试样制备及试验参数 20

3.3.2 试验设备及试验方法 21

3.3.3 试验步骤及过程 21

3.4 试验结果与讨论 22

3.4.1 室温拉伸试验 22

3.4.2室温和高温夏比V型缺口冲击试验 24

3.4.3 硬度试验 25

3.5 20-32Nb合金机械性能变化的原因分析 26

3.6 本章小结 26

第4章 总 结 28

致 谢 29

参考文献 31

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

随着工业的快速发展，在化工及其各个领域CO转化炉得到了十分广泛的应用。从工业1.0到工业4.0的过程中，特别是在中国工业2.0与3.0结合的现状之中。在工业生产中，CO转化炉都起着至关重要的作用。CO转化炉是化工生产装置转化反应的反应器，属于装置的核心设备。在化学工程^[1]、石油与天然气^[2]还是冶金^[3]、机械工程^[4]等工业生产的各个领域中，CO转化炉的运用都是绝对不可以缺少的。由此可见对转化炉的研究的重要性。本次研究的主要对象为CO转化炉辐射段转化炉炉管出口管路系统，出口系统为冷热结合集气管形式^[5] 。由于集气管是在高温、应力和腐蚀介质的作用下长期工作的,因此要求其具有良好的抗渗碳性能、耐腐蚀性能、抗高温蠕变断裂性能、抗热疲劳性能、抗氧化性能、导热性能以及铸造和焊接性能。耐高温的HK40，HP-Nb（简称，HP合金)和20-32Nb合金是最常用的集气管合金。HK40在大多应用中已经被HP-Nb合金所取代，因为HP-Nb合金具有更好的蠕变性能。目前,集气管一般都采用Cr-Ni合金钢,再加入各种合金元素，使其组织发生一定的改变,以提高集气管的高温使用性能。

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