Ti微合金化对新型核用GH1059合金显微组织和力学性能的影响
Effects of Ti Microalloying on the Microstructure and Mechanical Properties of a Novel GH1059 Alloy for Nuclear Applications
- 特殊钢 2025年46卷第4期 页码：84-91
- 作者机构：
1.中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心，沈阳 110016
2.中国科学技术大学材料科学与工程学院， 沈阳 110016
3.中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室，沈阳 110016
4.中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料全国重点实验室，宁波 315201
- 作者简介：
王佳祺（1998—），男，博士； E-mail : jqwang20 s@imr.ac.cn
赵乐（1995—），男，硕士，助理工程师； E-mail ： lzhao@imr.ac.cn
- 基金信息：国家自然科学基金联合基金项目(U23A6016);宁波市科技创新2025重大专项(2022Z199)
DOI：10.20057/j.1003-8620.2025-00098
中图分类号： TG142.73收稿：2025-04-13，
修回：2025-06-07，
录用：2025-06-12，
纸质出版：2025-07-30
- 稿件说明：
移动端阅览
王佳祺,姚志强,伍金荣等.Ti微合金化对新型核用GH1059合金显微组织和力学性能的影响[J].特殊钢,2025,46(04):84-91.
Wang Jiaqi,Yao Zhiqiang,Wu Jinrong,et al.Effects of Ti Microalloying on the Microstructure and Mechanical Properties of a Novel GH1059 Alloy for Nuclear Applications[J].Special Steel,2025,46(04):84-91.
王佳祺,姚志强,伍金荣等.Ti微合金化对新型核用GH1059合金显微组织和力学性能的影响[J].特殊钢,2025,46(04):84-91. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00098.
Wang Jiaqi,Yao Zhiqiang,Wu Jinrong,et al.Effects of Ti Microalloying on the Microstructure and Mechanical Properties of a Novel GH1059 Alloy for Nuclear Applications[J].Special Steel,2025,46(04):84-91. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00098.
摘要
采用SEM、EBSD和TEM等表征方法，研究了Ti微合金化对快堆用新型高强韧长寿命铁镍基高温合金GH1059的组织特征和力学性能的影响。结果表明，Ti元素的添加明显增加了富Ti型MC碳化物的数量，并使得其以更弥散、细小的形式析出。同时，能够有效抑制晶界M
23
C
6
碳化物形成。随着Ti含量的增加，合金的平均晶粒尺寸逐渐减小，低重位点阵晶界比例无明显变化。750 ℃拉伸和室温冲击结果表明，Ti微合金化可以协同提高强度和韧性。合金的拉伸断裂模式均呈混合断裂特征，变形微观组织主要由位错胞和亚晶组成。合金力学性能的改善主要归因于Ti的固溶强化、TiC的析出强化、细晶强化及晶界结合力的增强。
Abstract
The influence of Ti microalloying on the microstructure and mechanical properties of a novel Fe-Ni-based superalloy GH1059 with high-strength， high-toughness and long-life for fast reactors was investigated using SEM， EBSD， and TEM. The results showed that the addition of Ti significantly increased the amount of Ti-rich MC carbides， which precipitated in a finer and more dispersed manner， while effectively suppressing the formation of M
23
C
6
carbides at grain boundaries （GBs）. With increasing Ti content， the average grain size of the alloy gradually decreased， while the fraction of low-Σ coincidence site lattice （CSL） boundaries remained largely unchanged. The results of 750 ℃ tensile and room temperature impact properties showed that Ti microalloying can simultaneously improve both strength and toughness. The tensile fracture mode was a mixed-mode fracture， and the deformed microstructure was mainly composed of dislocation cells and sub-grains. The improvement in mechanical properties were primarily attributed to solid-solution strengthening by Ti atoms， precipitation strengthening from TiC， grain refinement， and enhanced GB bonding force.
关键词
Keywords
references
秦学智 ， 吴云胜 ， 郭永安 ， 等 . 一种高强高韧铁镍铬基耐热合金制备方法及其应用 ， 202010673827.4 ［P］. 2021-08-24 .
高 佩 . 钠冷快堆控制棒驱动机构用GH1059合金动导管的试制 ［J］. 钢管 ， 2021 ， 50 （ 2 ）： 19 - 23 .
王婷婷 ， 秦学智 . 一种铁镍基高温合金的热加工性能研究 ［J］. 宝钢技术 ， 2020 （ 5 ）： 33 - 37 .
乔羽飞 ， 陈思含 ， 任媛媛 ， 等 . Nb对钠冷快堆包壳用15-15Ti奥氏体不锈钢组织和拉伸性能的影响 ［J］. 稀有金属材料与工程 ， 2021 ， 50 （ 11 ）： 4079 - 4088 .
Wang J Q ， Qin X Z ， Cheng S H ， et al . The microstructure and mechanical performance optimization of a new Fe-Ni-based superalloy for Gen IV nuclear reactor： The critical role of Nb alloying strategy ［J］. Materials Characterization ， 2023 ， 205 ： 113240 .
Liu C P ， Ye X X ， Zhu Z B ， et al . He bubbles inhibition and abnormal hardening in GH3535 alloy by niobium element addition ［J］. Journal of Nuclear Materials ， 2024 ， 589 ： 154841 .
付立铭 ， 单爱党 ， 王 巍 . 低碳Nb微合金钢中Nb溶质拖曳和析出相NbC钉扎对再结晶晶粒长大的影响 ［J］. 金属学报 ， 2010 ， 46 （ 7 ）： 832 - 837 .
田 帅 ， 张雪凌 ， 刘振宝 ， 等 . Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响 ［J］. 特殊钢 ， 2024 ， 45 （ 1 ）： 103 - 110 .
Latha S ， Mathew M D ， Parameswaran P ， et al . Thermal creep properties of alloy D9 stainless steel and 316 stainless steel fuel clad tubes ［J］. International Journal of Pressure Vessels and Piping ， 2008 ， 85 （ 12 ）： 866 - 870 .
Structural materials for liquid metal cooled fast reactor fuel assemblies： operational behaviour ［M］. IAEA ， 2012 .
Cautaerts N ， Delville R ， Stergar E ， et al . Tailoring the Ti-C nanoprecipitate population and microstructure of titanium stabilized austenitic steels ［J］. Journal of Nuclear Materials ， 2018 ， 507 ： 177 - 187 .
Terada M ， Saiki M ， Costa I ， et al . Microstructure and intergranular corrosion of the austenitic stainless steel 1.4970 ［J］. Journal of Nuclear Materials ， 2006 ， 358 （ 1 ）： 40 - 46 .
Cautaerts N ， Delville R ， Stergar E ， et al . The role of Ti and TiC nanoprecipitates in radiation resistant austenitic steel： A nanoscale study ［J］. Acta Materialia ， 2020 ， 197 ： 184 - 197 .
屈乐欣 . Ti、Zr微合金化对CLAM钢组织及力学性能的影响 ［D］. 沈阳 ： 东北大学 ， 2020 .
潘胡江 ， 杨新明 ， 李光强 ， 等 . Ti微合金化对高锰钢组织和性能的影响 ［J］. 特殊钢 ， 2024 ， 45 （ 2 ）： 74 - 78 .
Li H Z ， Jiang B C ， Gao M ， et al . Investigation on the microstructural evolution and precipitation hardening mechanism of 1Cr15Ni36W3Ti superalloy with varied C contents ［J］. Materials & Design ， 2019 ， 181 ： 107983 .
杨 平 . 物理冶金学中与Zener相关的几个概念 ［J］. 金属世界 ， 2016 （ 3 ）： 3 - 9 .
Gypen L A ， Deruyttere A . Multi-component solid solution hardening ［J］. Journal of Materials Science ， 1977 ， 12 （ 5 ）： 1034 - 1038 .
Thompson A A W . Yielding in nickel as a function of grain or cell size ［J］. Acta Metallurgica ， 1975 ， 23 （ 11 ）： 1337 - 1342 .
Ding R G ， Yan J ， Li H Y ， et al . Deformation microstructure and tensile properties of Alloy 709 at different temperatures ［J］. Materials & Design ， 2019 ， 176 ： 107843 .
Hu C Y ， Wan X L ， Zhang Y J ， et al . The synergistic effect of grain boundary and grain orientation on micro-mechanical properties of austenitic stainless steel ［J］. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials ， 2021 ， 118 ： 104473 .
陈金仝 ， 蒋海清 ， 潘绘伊 ， 等 . 热处理工艺对GH4169合金组织和性能影响 ［J］. 钢铁钒钛 ， 2018 ， 39 （ 6 ）： 168 - 172 .
谭 利 ， 肖 波 ， 郑力宁 ， 等 . 轧制比和Nb对V-Ti微合金非调质钢组织及性能的影响 ［J］. 特殊钢 ， 2018 ， 39 （ 5 ）： 58 - 61 .
王佳祺 ， 秦学智 ， 成思翰 ， 等 . 新型核堆用GH1059合金的显微组织与力学性能 ［C］. 第十五届中国高温合金年会论文集 ， 2023 .
0
浏览量
5
下载量
0
CSCD
0
CNKI被引量
- 网络PDF下载
- WORD下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 鄂ICP备2022000839号
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies
- 总访问量：35684