超臨界機(jī)組用耐熱鋼的開(kāi)發(fā)及相關(guān)基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著電力機(jī)組蒸汽參數(shù)的不斷提高，高壓鍋爐管的服役環(huán)境發(fā)生顯著的變化，同時(shí)也對(duì)高壓鍋爐管用耐熱鋼的服役性能與壽命提出了更高的要求，特別是對(duì)高溫力學(xué)性能和抗氧化性能提出了很高的性能指標(biāo)，傳統(tǒng)的耐熱鋼已無(wú)法滿(mǎn)足使用要求。本文開(kāi)展超臨界火電機(jī)組用耐熱鋼的成分設(shè)計(jì)、熱變形、熱處理工藝、高溫性能及相關(guān)基礎(chǔ)研究，為企業(yè)開(kāi)發(fā)高性能耐熱鋼提供技術(shù)支撐。
　　根據(jù)超臨界火電機(jī)組用耐熱鋼的目標(biāo)性能，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)展了成分設(shè)計(jì)，確定了實(shí)驗(yàn)鋼的成分

2、范圍。對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼的熱變形行為進(jìn)行了全面的研究，基于多種不同模型構(gòu)建了本構(gòu)方程，對(duì)JohnsonCook模型進(jìn)行了改進(jìn)。研究了T24鋼在連續(xù)冷卻過(guò)程中的相變行為，測(cè)定了相應(yīng)的CCT圖，利用解析化方法繪制了CCT圖，分別與相近成分和不同成分的CCT圖進(jìn)行了比較。研究了實(shí)驗(yàn)鋼的熱處理工藝，在此基礎(chǔ)上確定了實(shí)驗(yàn)鋼的服役溫度范圍。對(duì)耐熱鋼的顯微組織進(jìn)行了分析，計(jì)算了晶粒度，利用EBSD手段分析了實(shí)驗(yàn)鋼在不同狀態(tài)的晶粒和晶界的變化。研究了實(shí)驗(yàn)鋼在高溫

3、條件的氧化行為，分析了氧化膜的生長(zhǎng)和剝落的過(guò)程，并測(cè)定了實(shí)驗(yàn)鋼的高溫物理性能。主要結(jié)論如下:
　　1.利用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型確定T24鋼的成分范圍(Wt，％)為:0.07C,0.21Si,0.47Mn,0.09Cu,0.04Ni,2.41Cr,1.03Mo,0.06Ti,0.24V,0.1Al, P＜0.01, S＜0.005。
　　2.基于modified Zerilli-Armstrong、 strain-compen

4、sated Arrhenius等模型，構(gòu)建了本構(gòu)方程準(zhǔn)確預(yù)測(cè)材料在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的流變應(yīng)力。Johnson Cook原始模型預(yù)測(cè)的相關(guān)系數(shù)R=0.962，AARE=9.41％。通過(guò)引入溫度與應(yīng)變速率耦合影響因子對(duì)Johnson Cook原始模型進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后模型預(yù)測(cè)的相關(guān)系數(shù)R=0.991，AARE=5.37％。
　　3.測(cè)得T24實(shí)驗(yàn)鋼的CCT圖，AC1為773℃，AC3為963℃，當(dāng)冷卻速度小于0.1℃/s時(shí)，發(fā)生高溫轉(zhuǎn)變和中溫

5、轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為鐵素體、珠光體和貝氏體的混合組織，在0.5℃/s～10℃/s的冷卻速度范圍，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為粒狀貝氏體，當(dāng)冷卻速度大于20℃/s時(shí)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體。當(dāng)冷卻速度為0.03℃/s、0.05℃/s和0.1℃/s時(shí)，過(guò)冷奧氏體先在高溫區(qū)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變量分別為49％、25％和22％，之后在中溫區(qū)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。相近成分T23鋼的CCT圖及臨界點(diǎn)與T24鋼相似，AC1和AC3分別為777℃、963℃，成分有較大差別的T91鋼的CCT圖

6、及臨界點(diǎn)與T24相差較大，AC1和AC3分別為758℃、871℃。
　　4.T24實(shí)驗(yàn)鋼較優(yōu)的奧氏體化工藝為1000℃/30min，較優(yōu)回火工藝為750℃/70min。實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)1000℃/30min奧氏體化在750℃回火70min后，室溫抗拉強(qiáng)度為615MPa，屈服強(qiáng)度為564 MPa，伸長(zhǎng)率為22.3％，在570℃的高溫抗拉強(qiáng)度為497MPa，屈服強(qiáng)度為447MPa，伸長(zhǎng)率為10.9％，服役溫度不能超過(guò)580℃。
　　5.

7、T24鋼熱處理后組織為粒狀貝氏體，且鐵素體基體上分布有島狀顆粒，組織晶粒度級(jí)別數(shù)為5～6。T23鋼的組織與T24鋼相似。T9鋼和T91鋼的組織相似，主要為回火馬氏體，基體分布有較多的析出物。T24鋼在不同的狀態(tài)下，組織中小角度晶界的比例較高，尤其以2°～3°晶界為主，大角度晶界以60°為主，且規(guī)律為隨著取向差角的增加，小角度晶界比例迅速遞減，當(dāng)取向差角大于50°，大角度晶界比例顯著增長(zhǎng)，在60°附近達(dá)到峰值。
　　6.T24鋼在5

8、70℃高溫氧化時(shí)，0～120h內(nèi)的氧化速率為6.675×10-5，120～1700h內(nèi)的氧化速率為5.996×10-8，1700～2600h內(nèi)的氧化速率為2.686×10-6，2600～6200h內(nèi)的氧化速率為4.513×10-7。T24鋼在600℃高溫氧化時(shí)，0～2000h內(nèi)的氧化速率為1.161×10-5，2000～10000h內(nèi)的氧化速率為4.162×10-6。T23鋼在600℃的高溫氧化時(shí)，0～1500h內(nèi)的氧化速率為1.174

9、×10-5，1500～5000h內(nèi)的氧化速率為5.985×10-6，5000～10000h內(nèi)的氧化速率為1.759×10-8。T91鋼在625℃高溫氧化時(shí)，0～1000h內(nèi)的氧化速率為2.313×10-6，1000～10000h內(nèi)，氧化速率為3.171×10-11。T9鋼在600℃高溫氧化時(shí)，0～500h內(nèi)的氧化速率為3.367×10-6，500～6000h內(nèi)的氧化速率為2.752×10-12，6000～10000h內(nèi)的氧化速率為1.9

10、78×10-7。
　　7.T24鋼和T23鋼的導(dǎo)熱性能均高于T9鋼和T91鋼，在常溫下，T9鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為26.5 W/m·K，略低于T91鋼，當(dāng)溫度升高到800℃時(shí)，T91鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為21.6 W/m·K，比T9鋼的高2.9 W/m·K。在100～500℃的溫度區(qū)間內(nèi)，T23鋼和T24鋼的線(xiàn)膨脹系數(shù)大小差別不大，高于T9鋼的線(xiàn)膨脹系數(shù)，T91鋼的線(xiàn)膨脹系數(shù)最小。在溫度低于500℃的情況下，T24鋼的彈性模量最大，T91鋼次之，