CF－8C　Plus的開發(fā)是受未來新式的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣部件預(yù)期的要求迫使，這些部件要求在溫度高達(dá)800～850℃時(shí)能可靠地工作。CF－8C　Plus是作為Caterpillar和ORNL之間最初的DRADA項(xiàng)目的一部分（1999～2002）而設(shè)計(jì)和創(chuàng)造的，此后，在接下來的第二個(gè)DRADA項(xiàng)目（2002年至今）期間按比例增大商業(yè)化生產(chǎn)之后進(jìn)行了比較全面的試驗(yàn)。CF－8C　Plus的開發(fā)和使其商業(yè)化的工作，在2003年7月贏得了2003年R＆D100佳獎(jiǎng)。

　　合金開發(fā)大約在一年內(nèi)完成，由于進(jìn)行該項(xiàng)研究的工程師們能夠利用多年來收集到的有關(guān)鋼種的顯微組織和性能的數(shù)據(jù)，使現(xiàn)有成績的取得成為了可能。第一次實(shí)驗(yàn)室加熱的第一個(gè)CF－8C　Plus試樣在850℃下進(jìn)行了蠕變試驗(yàn)，持續(xù)了兩年后斷裂，而標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)CF－8C　Plus商業(yè)鑄造性能和實(shí)驗(yàn)室加熱的性能類似，甚至更好。

??? CF－8C　Plus的設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)的合金通常要在強(qiáng)度和延展性之間進(jìn)行權(quán)衡，換句話說，鋼的強(qiáng)度越高，它的延展性就越差，強(qiáng)度較高的鋼常常容易產(chǎn)生裂紋。然而，新鋼種通過認(rèn)真調(diào)整和修改CF－8C這種常用的鑄造不銹鋼復(fù)雜的合金成分，不需要進(jìn)行這種權(quán)衡考慮。具體講，高溫強(qiáng)度的提高是由于:

　　·仔細(xì)地選擇對CF－8C中新合金的加入量。

　　·調(diào)整其他合金成分以幫助和增強(qiáng)這些新的添加元素。對這些元素的量采用了特別的設(shè)計(jì)，為使高溫下（不是鑄造就是使用過程中）沿著晶界和晶粒本身的沉淀相（即NbC，δ鐵素體，σ相）得到微量和毫微量級(jí)的利用。

　　·碳化鈮（NbC）的毫微量級(jí)微粒強(qiáng)化鋼的高溫強(qiáng)度。這種合金的設(shè)計(jì)是為了使NbC的納米級(jí)微業(yè)材料，只有在使用過程中被暴露于650～850℃的高溫下才形成，在鑄造過程中不形成。這種特性使較易于鑄造成型，然后得到在高溫使用期間要求的較高強(qiáng)度。這種沉淀硬化并不是新的和獨(dú)特的方法，這些利用或注意工藝設(shè)計(jì)效果的努力并不是典型的標(biāo)準(zhǔn)作法。因?yàn)檫@些新的鑄造鋼不需要焊后熱處理或加工，所以這是另一種節(jié)約成本效益。

??? 800～850℃工作溫度

　　傳統(tǒng)的CF－8C鑄造鋼由于強(qiáng)度不夠和有害的時(shí)效作用，一般在溫度大大低于650℃以下工作是可靠的。相反，CF－8C　Plus具有強(qiáng)度高、可延展、抗疲勞、抗蠕變，特別是在溫度高達(dá)850℃左右時(shí)抗熱疲勞。

　　CF－8C　Plus顯示的抗氧化性也比預(yù)期的要好。很少有幾種不銹鋼在850℃，甚至更高的溫度下可以工作，即使有也比較昂貴，它們比CF－8C更難以鑄造，CF－8在疲勞或熱疲勞過程中也常常更容易斷裂，在700～850℃受到有害的時(shí)效作用。

　　由于這些特性，CF－8C　Plus非常適合未來的排氣部件，例如歧管和現(xiàn)代的重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓機(jī)外殼。CF－8C　Plus預(yù)期也可以直接用于其他工業(yè)用途，包括海船的柴油機(jī)、各種燃?xì)廨啓C(jī)、汽車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、天然氣往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)中的部件和其他的高溫用途。

??? 科學(xué)的合金開發(fā)

　　CF－8C　Plus在應(yīng)用科學(xué)中立即得到成功，從而產(chǎn)生了改進(jìn)的商業(yè)材料生產(chǎn)技術(shù)，而且應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出最初計(jì)劃的商業(yè)應(yīng)用范圍。它以控制基本機(jī)理為基礎(chǔ)，在科學(xué)的合金開發(fā)方面也獲得了成功。CF－8C　Plus鋼和DRADA項(xiàng)目是為新式的柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)用途而開發(fā)的，贏得了2003年R＆D100佳獎(jiǎng)，該項(xiàng)目受到美國能源部（DOE）能源電力可靠分配計(jì)劃和FreedomCAR　and Vehicle技術(shù)的資助。

　　然而，設(shè)計(jì)的顯微組織方法，在有關(guān)毫微級(jí)組織和奧氏體不銹鋼中沉淀物的成分非常詳細(xì)的、驚人的信息量方面有它的根源，奧氏體不銹鋼追溯到由美國能源部聚變反應(yīng)堆材料設(shè)計(jì)開發(fā)的“節(jié)約型”奧氏體不銹鋼，這個(gè)設(shè)計(jì)使用了幾乎20年的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)的顯微組織方法被明確地被定義，用在開發(fā)特殊的節(jié)約型奧氏體不銹鋼，這種鋼接下來在聚變能AR＆TD能源部材料設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)溫度高達(dá)750℃時(shí)有顯著的抗蠕變能力。這個(gè)計(jì)劃使用了另外5年的數(shù)據(jù)，于1990年贏得一項(xiàng)R＆D100佳獎(jiǎng)。

　　描述非常高能量反應(yīng)堆輻照過程中顯微組織和沉淀物性能的數(shù)據(jù)極其復(fù)雜，這些數(shù)據(jù)提供如何控制基體和沿晶界的毫微量級(jí)沉淀物的科學(xué)概念的基礎(chǔ)。這些信息導(dǎo)致能提供一種能聚變反應(yīng)堆第一層壁需要的抗空位膨脹和氦脆化性能的合金。

??? 然而聚變材料計(jì)劃設(shè)計(jì)的這些特殊的鋼，也可和于制造新型礦物能源計(jì)劃的一個(gè)重要目標(biāo)，用來提高它們的長期抗蠕變能力。

　　礦物能源計(jì)劃工作的一個(gè)有意義的結(jié)果是特殊合金化“規(guī)律”的理解，這些規(guī)律在高溫蠕變過程中影響和控制沉淀行為。這些合金化規(guī)律包括：

　　·反應(yīng)物作用：例如鈮和碳反應(yīng)形成碳化鈮（NbC）。

　　·催化劑作用：硅顯著地提高Fe2Mo拉弗斯相形成，鈦提高FeCr σ相的形成。

　　·抑制劑作用：碳、硼及其他雜質(zhì)阻止和抑制像拉弗斯相和σ相這樣的金屬間相。

　　·沖突作用：碳和氮都競先和鈦形成碳化鈦（TiC）與氮化鈦（TiN）。

　　這些所應(yīng)用的科學(xué)分析還展現(xiàn)出影響長期抗蠕變能力的機(jī)理，阻止蠕變包括：

　　·產(chǎn)生像TiC或NbC這樣的毫微量級(jí)碳化物，提高高溫蠕變強(qiáng)度。

　　·調(diào)整基體成分，以保證可提高長期蠕變強(qiáng)度的微小碳化物保持穩(wěn)定。

　　·抑制或消除引起破裂的機(jī)械作用。

　　例如，作為這些合金設(shè)計(jì)作用的結(jié)果，新的CF－8C　Plus鋼形成NbC的毫微量級(jí)彌散物，它們阻礙融化或粗化、抗蠕變孔隙形成以及阻礙在晶界處形成脆性σ相。

　　這種設(shè)計(jì)的顯微組織，使一些在高溫下不能工作或不能很好工作的材料得到改善。這種科學(xué)的合金設(shè)計(jì)方法，應(yīng)該也能用于其他復(fù)雜的高溫合金系統(tǒng)，應(yīng)該補(bǔ)充到下在被發(fā)展的更高級(jí)的計(jì)算科學(xué)方法中。

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