新一代奥氏体耐热钢（AFA钢）的表面氧化层及热变形行为研究

In the project, a new austenitic heat-resistant steel with differential Al content is prepared and produced, which is to develop a new modified alumina-forming austenitic (AFA) heat-resistant steel. The formation feature of Al2O3 layer, phase transformation and mechanisms of strain induced precipitation of AFA steel are investigated. The formation mechanisms of Al2O3 layer are analyzed by comparing the thickness and oxidation resistant property of Al2O3 layer. The precipitation behaviors of MC and B2-NiAl precipitates in AFA steel under hot deformation are quantitatively investigated, comparing with that under conventional heat treatment,in order to analyze the density, size, distribution and alloying elements of the precipitates under differential hot deformation conditions, and build the kinetic model. Besides,the mechanical properties of AFA steel are also evaluated. The goal of the project is to reveal the relationship among microstructure, precipitation behavior and mechanical properties in hot deformation of AFA steel, and provide an important theoretical foundation and technical asistance.

本项目以发展表面形成Al2O3氧化层的新一代奥氏体耐热钢（AFA钢）为研究目标，设计合金成分并制备不同Al含量的新型奥氏体耐热钢实验材料，研究AFA钢表面Al2O3氧化层的形成及热变形条件下AFA钢的相变特征和沉淀相的形变诱导析出行为。通过Al2O3氧化层的厚度及抗氧化性能的对比分析，揭示Al2O3氧化层的变化对AFA钢抗氧化性能的影响。定量描述常规热处理态和热变形态下AFA钢中MC和B2-NiAl沉淀相的析出行为及特征，建立沉淀析出动力学解析模型，从实验和理论上揭示热变形条件对两种沉淀相的析出数量、尺寸、分布及元素构成等的影响规律，并进一步评估不同组织状态下的力学性能。项目目的在于澄清热变形条件下AFA钢的显微组织特征、沉淀析出行为与力学性能之间的关系，为新型Al2O3氧化层奥氏体耐热钢的发展提供理论依据，奠定技术基础。

本项目以发展表面形成Al2O3氧化层的新一代奥氏体耐热钢（AFA钢）为研究目标，设计合金成分并制备不同Al含量的新型奥氏体耐热钢实验材料，研究AFA钢表面Al2O3氧化层的形成及热变形条件下AFA钢的相变特征和沉淀相的形变诱导析出行为。项目利用Thermo-Calc计算软件，最终优化确定两种Al2O3层的奥氏体耐热钢材料作为研究对象，分别含铝2.5%和3.96%，热轧后材料的初始组织为奥氏体+析出相，在晶界及晶内不规则分布着粗大的一次NbC析出相；奥氏体的晶粒大小很大程度上取决于加热温度和第二相粒子的尺寸与体积分数，室温冷却下的第二相粒子溶解相比随炉冷却下较多，1150℃下室温冷却的AFA钢韧性要好于随炉冷却下的AFA钢；热模拟变形结果表明，随着热变形应变的进行和温度的升高，组织会发生动态回复和动态再结晶，导致流变应力降低，变形所需的激活能较高，即所需的变形力要高于普通奥氏体钢，随着变形温度的升高，材料的动态再结晶趋势越来越明显，再结晶温度应不低于1100℃，实验证实主要通过非连续动态再结晶和几何动态再结晶两种机制进行动态再结晶；热轧变形结果表明，退火态组织中的晶界密度略低于热轧态组织的，随着变形量的增加，大角度晶界的含量逐渐降低，析出相逐渐增多，屈服强度和抗拉强度升高，断裂伸长率减小；随着氧化时间的延长，氧化层的厚度逐渐增加，且有新的Al2O3氧化层形成，表现出优异的抗氧化性能和耐腐蚀性能；随着等温时效的进行，析出相数量逐渐增多，出现Laves相和B2-NiAl相，时效前期沉淀相长大明显，随后区域稳定，整体粗化速率较低，组织稳定性较好，实验材料具有优异的高温蠕变性能。本项目制备开发出具有优异抗氧化性能和耐高温性能的新型奥氏体耐热钢材料，为采用形变诱导析出技术进行组织性能调控，实现高温性能的提高提供了实验与理论基础。