材料的選擇
奧氏體耐熱鋼是接收容器的最佳候選材料。310S不銹鋼具有耐高溫性能最佳的奧氏體耐熱鋼之一。其含有較高的鎳成分，在服役溫度到室溫下均為奧氏體結(jié)構(gòu)，具有良好的加工性能和焊接性能；同時其含有較高的鉻、硅含量，在高溫時形成FeO×Cr2O3、FeO×Fe2O3和FeCr2O4等氧化膜，具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能。310S不銹鋼一般用于制造各種爐用構(gòu)件和耐高溫設(shè)備，可用于火電站鍋爐、石油精煉裝置、高溫爐膽、核電管道等設(shè)備上，因此選用310S不銹鋼作為制造接收容器的原型材料。但是310S不銹鋼在高溫下主要依靠固溶強(qiáng)化，強(qiáng)化方式有限，在受到1100℃的工業(yè)廢料熱沖擊時，因強(qiáng)度不足而易產(chǎn)生軟化現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致接收容器變形或開裂。因此，如何在保持310S不銹鋼良好的高溫持久性能、抗氧化性能和耐腐蝕性能的基礎(chǔ)上，提高其高溫（~1100℃）瞬時強(qiáng)度，是研制接收容器材料的關(guān)鍵。
已有研究表明，在310S不銹鋼中適當(dāng)添加高溫穩(wěn)定的MX相形成元素，使其在服役溫度下通過MX相形成析出強(qiáng)化，可以有效提高材料的高溫瞬時強(qiáng)度。基于此，本研究提出在310S基礎(chǔ)上添加一定的Nb，在高溫下形成富Nb的MX相，以提高材料的高溫瞬時強(qiáng)度。
奧氏體耐熱鋼的研究現(xiàn)狀
奧氏體耐熱鋼的發(fā)展主要受火力發(fā)電鍋爐對材料性能需求的驅(qū)動。20世紀(jì)70年代能源危機(jī)以來，燃料成本急劇增加，全世界開始了通過提高鍋爐的蒸汽溫度和壓力來降低發(fā)電成本的研究，如圖1.2所示為日本火力發(fā)電站蒸汽溫度和壓力的發(fā)展過程，可以看出為提高能源利用效率鍋爐蒸汽溫度和壓力不斷提升。
隨著發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和節(jié)能減排目標(biāo)的需要，發(fā)展超超臨界鍋爐技術(shù)是全世界范圍的共識。為了將310S不銹鋼應(yīng)用到發(fā)電站鍋爐過熱器和再熱器部件，提高鋼的抗高溫蠕變性能和和抗高溫氧化/腐蝕性，開展了相關(guān)研究工作。日本住友鋼鐵公司通過向310S耐熱鋼中加入Nb、N元素，降低C元素開發(fā)出了HR3C鋼。HR3C中彌散析出的M23C6和NbCrN增強(qiáng)了HR3C的蠕變性能而且在長時間的蠕變階段σ相的析出得到了抑制[12]，研究結(jié)果表明：加入Nb和N的HR3C比310S不銹鋼蠕變壽命提高了一百倍。因此HR3C在全世界的火電站大量服役，并被納入美國的ASTM標(biāo)準(zhǔn)。此外，Sandvik公司通過在310S基礎(chǔ)上加入Co、W、Cu和Nb元素得到sanicro25鋼；SAVE25鋼是在310S基礎(chǔ)上加入Nb、V和B提高材料的蠕變性能。不同文獻(xiàn)上310S耐熱鋼改進(jìn)型的成分如表1.1所示。
奧氏體耐熱鋼的發(fā)展是在完全均一化得奧氏體組織及保持其他性能不下降或者略微下降情況下，使材料的綜合性能或某項性能得到提升。目前對310S奧氏體耐熱鋼的研究主要在如下幾個方面：
（1） 調(diào)整合金成分
通過微調(diào)合金成分來提高高溫強(qiáng)度或高溫耐蝕性能，如向310S耐熱鋼中加入N、W、Co等強(qiáng)化元素，通過固溶作用提升材料強(qiáng)度；加入Al等元素，提高材料的抗高溫氧化性能。
（2） 調(diào)控基體組織和析出相
通過改變奧氏體加工工藝，如軋制工藝、熱處理工藝等，改變奧氏體基體晶粒度的大??；加入Nb、Ta等元素在合金中析出細(xì)小彌散的MX相，從而達(dá)到彌散強(qiáng)化效果。減少C元素以降低M23C6的析出，改善材料的抗腐蝕性能。向310S不銹鋼中加入Al，降低C在鋼中的擴(kuò)散速度，使M23C6由連續(xù)鏈狀析出變成不連續(xù)和島狀析出，同時Al會在合金表面生成Al2O3調(diào)高材料的抗氧化性，但是它也會降低材料的韌性和持久性能。整體來講，結(jié)合310S的具體成分確定具體的工藝可有效的提高鋼的高溫瞬時強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。