先進(jìn)電站用耐熱鋼的持久壽命預(yù)測及組織穩(wěn)定性研究.pdf

1、超(超)臨界發(fā)電技術(shù)作為未來火力發(fā)電的主導(dǎo)趨勢,將對環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約有重大改善。高效環(huán)保的火力發(fā)電需要具有安全保障性的高溫構(gòu)件材料,研制出下一代高耐熱性、高耐蝕性的耐熱鋼成為科學(xué)界和工程界關(guān)注的焦點。保障電廠的安全運行需要對耐熱鋼的使用壽命進(jìn)行精確預(yù)測。目前外推法對持久壽命的預(yù)測精度還無法達(dá)到工程實際的要求。耐熱鋼在高溫長時運行過程中的組織演變復(fù)雜,性能會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性退化,因此需要對耐熱鋼在服役過程中的組織性能變化規(guī)律做出更為精確的描述

2、,才能對壽命進(jìn)行合理預(yù)測?；诖?本文對最為常用的TTP參數(shù)法Larson-Miller參數(shù)法進(jìn)行數(shù)值計算對比分析,提出改進(jìn)模型,并對一種高鉻鐵素體耐熱鋼和奧氏體耐鋼在長期時效后顯微組織和力學(xué)性能(硬度)進(jìn)行分析,得出以下結(jié)論:
　　(1)應(yīng)用Larson-Miller參數(shù)法對耐熱鋼進(jìn)行持久壽命預(yù)測時, C常數(shù)的精度對預(yù)測結(jié)果有很大影響。優(yōu)化后的 C值能顯著提高預(yù)測精度,將優(yōu)化后的 C值應(yīng)用在 T92耐熱鋼的預(yù)測中,與傳統(tǒng)推薦 C

3、值相比,得到更為準(zhǔn)確合理的結(jié)果。對 NIMS公布的14種耐熱鋼中 Larson-Miller常數(shù) C的影響因素進(jìn)行分析,耐熱鋼中合金元素、熱處理工藝以及硬度的差異等代表了材料的自擴散激活能的不同,因而所對應(yīng)的常數(shù) C值不同。通過對 Larson-Miller參數(shù)法的16種函數(shù)擬合形式進(jìn)行對比分析,擬合多項式形式對預(yù)測精度產(chǎn)生較大影響, lgσ=a3P3+a2P2+a1P+a0模型擬合效果最好,推薦作為持久壽命預(yù)測函數(shù)。
　　(2)

4、對一種高鉻鐵素體耐熱鋼進(jìn)行了620℃下30000小時內(nèi)時效的顯微組織和硬度進(jìn)行了分析,隨著時效時間的延長,馬氏體板條逐漸由清晰變得模糊,板條界變寬,晶界變得彎曲,析出相顆粒粗化。在時效4320小時后有 Laves相析出,4320h~11376h時效內(nèi) Laves相較形態(tài)較為穩(wěn)定,但 W的含量在減Mo的含量在增,在時效20000小時后析出相中出現(xiàn) Z相。時效過程中位錯密度逐漸降低,而晶界取向差變化不大。晶界取向分布中,1.5°的取向差所占

5、比例最大。在長期時效過程中硬度逐漸減小,11376小時之前降低較快,后期硬度降低緩慢。
　　(3)對HR3C奧氏體耐熱鋼在650℃下20000小時內(nèi)時效的顯微組織和硬度進(jìn)行了分析,隨著時效時間的延長,晶界明顯變粗,晶界處的析出相顆粒越來越多,尺寸逐漸變大,并且時效過程中發(fā)現(xiàn)晶內(nèi)出現(xiàn)較多的平直的孿晶界。5000小時時效的 HR3C晶界處和孿晶界處的析出相相同,都為 M23C6,晶內(nèi)的析出相呈現(xiàn)出針狀的 M23C6相依附在球形的 Cr

6、NbN顆粒上生長。20000小時時效的HR3C產(chǎn)生魚骨狀晶界,主軸為棒狀 CrNbN相,依附在上面生長的相是 M23C6, CrNbN相和 M23C6相成角度為58.3°的位向生長。時效過程中,晶粒尺寸逐漸長大,特殊晶界的比例逐漸減小,位錯密度降低,晶界取向差趨于兩極化,即中間角度取向的晶界逐漸轉(zhuǎn)化為1.5°和59.5°取向差的晶界。隨著時效時間的延長 HR3C的硬度逐漸升高,硬度升高的速度卻逐漸變慢,這與析出相在時效過程中的形成有關(guān)。