长期服役T/P91耐热钢的微观组织结构与失效机理的研究

论文摘要

T/P91是美国上世纪七十年代研制开发的火力发电厂锅炉蒸汽管道、集热箱、再热器、蒸汽导管等用热强钢,该钢具有高的许用应力,高的持久强度,高的蠕变抗力,高的疲劳强度,高的热导率,良好的焊接性,较好的抗蚀性,以及适中的价格。当今美、欧、日等先进国家的火力发电厂已普遍使用了T/P91钢,取得了良好的经济效益,良好的经济效益。我国于“十五”期间引进了该钢种,并进行了国产化研究与生产。通过测试采用不同参数热处理后材料的力学性能,以及组织结构分析,基本查明了影响T/P91钢性能的关键。研究结果表明：回火温度和时间的选择,直接影响最终组织和碳化物的形态与分布,从而导致了力学性能的差异。通过扫描电镜、透射电镜和金相显微镜等试验手段对断口、微观结构和组织进行了观察与分析。研究结果表明,该耐热钢的组织主要以M23C6碳化物为主的析出相,其中晶界上大量的细小弥散的第二相粒子对位错起到钉扎的阻碍的作用,晶内有弥散的V/Nb碳氮化合物MX(M为金属元素,X为非金属元素C、N等)起到沉淀强化作用,由于第二相的强化和合金元素的固溶强化作用,使得该耐热钢具有很好的强韧性、较高的持久强度。通过对冲击断口的宏观和微观分析,确定断口形貌为韧窝,并进行了失效分析。本文采用受约束蠕变孔洞生长模型计算了不同试验条件下T/P91钢的持久断裂时间,计算值与实测值相差不到2倍。在对模型修正后,计算得到的断裂时间与实际值更为接近,该模型可以用来估算T91钢高温服役条件下的持久断裂寿命。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 绪论
• 1.1.1 T/P91钢的应用和发展
• 1.1.1.1 T/P91钢的技术性能
• 1.1.1.2 T/P91钢的经济性
• 1.1.1.3 T/P91钢的合金化机理
• 1.2 国外火电站用热强钢的发展
• 1.2.1 研发概况
• 1.2.2 9～12%Cr系热强钢的研发
• 1.3 我国火电站用热强钢的发展
• 1.4 耐热钢的分类
• 1.5 金属的高温力学性能
• 1.5.1 金属的蠕变
• 1.5.2 持久强度
• 1.6 耐热钢的高温强化方式
• 1.6.1 固溶强化
• 1.6.2 第二相粒子强化
• 1.6.3 晶界强化
• 1.7 耐热钢中的主要合金元素及其作用
• 1.8 高铬耐热钢在长期运行中组织变化和其它损伤破坏
• 1.9 本课题研究T/P91钢的意义和内容
• 1.9.1 研究T/P91钢的意义
• 1.9.2 研究内容
• 第二章:研究方法
• 2.1. 实验材料
• 2.1.1 化学成份
• 2.1.2 原料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 高温时效
• 对样品采用的试验方法
• 1)金相组织的观察
• 2)晶粒尺寸的测量
• 3)扫描电镜观察及能谱分析
• 4)透射电镜分析
• 5)显微硬度测量
• 2.2.2 对原始样品与已服役样品的研究
• 2.2.3 持久强度实验
• 第三章:T/P91钢高温时效及其性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 高温时效试验结果
• 3.2.1 金相观察
• 3.2.2 晶粒尺寸测量结果
• 3.2.3 扫描电镜观察及能谱分析结果
• 3.2.4 显微硬度测量结果
• 3.2.5 微观结构的透射电镜观察
• 3.3 小结
• 第四章 长期服役T/P91钢的组织与性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验结果
• 4.2.1 金相观察
• 4.2.2 能谱分析（EDS）
• 4.2.3 涨粗管微观组织变化
• 4.3 小结
• 第五章 T/P91钢持久性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 持久实验数据
• 5.2.2 断口扫描电镜观察
• 5.2.3 金相观察
• 5.2.4 扫描电镜及EDS分析
• 5.2.5 透射电镜分析
• 5.3 T/P91钢持久性能综合讨论
• 5.4 持久断裂寿命预测
• 5.5 小节
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢