超超臨界鍋爐用P92鋼組織結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、P92(NF616)鋼是美國(guó)上世紀(jì)九十年代在P91鋼基礎(chǔ)上經(jīng)加鎢減鉬并加入微量合金元素硼改良發(fā)展而來(lái)的9％Cr系鐵素體熱強(qiáng)鋼。該鋼種比其他鐵素體熱強(qiáng)鋼具有更強(qiáng)的高溫強(qiáng)度和蠕變性能。且抗熱疲勞性能強(qiáng)于奧氏體不銹鋼。主要應(yīng)用于溫度超過(guò)600℃，壓力超過(guò)25MPa超超臨界火電站鍋爐中。我國(guó)于“十五”期間開(kāi)始建設(shè)自己的超超臨界發(fā)電機(jī)組，并引進(jìn)了P92鋼作為主蒸汽管道。隨著我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展，P92鋼必將發(fā)揮更重要的作用。鑒于該鋼的核心技術(shù)仍受控

2、于國(guó)外，本文對(duì)進(jìn)口的：P92鋼的組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、斷口等進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，并對(duì)P92鋼組織結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化機(jī)理、形變斷裂等一些應(yīng)用理論問(wèn)題開(kāi)展了研究。 在組織結(jié)構(gòu)與強(qiáng)化機(jī)理的理論認(rèn)識(shí)上，本文的研究指出，經(jīng)正火高溫回火熱處理的P92鋼為回火板條馬氏體組織。在A<,1>溫度以下高溫回火時(shí)，板條馬氏體只發(fā)生高溫回復(fù)而不出現(xiàn)再結(jié)晶，這是合金元素Cr、w、Mo的大量固溶升高了回復(fù)與再結(jié)晶的溫度，以及高溫回復(fù)時(shí)釋放了馬氏體相變時(shí)的應(yīng)變儲(chǔ)存能，再加

3、上高溫回復(fù)時(shí)形成的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的釘軋，致使再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力不足所致。板條馬氏體發(fā)生高溫回復(fù)時(shí)，馬氏體板條碎裂成了多個(gè)亞晶，高密度的位錯(cuò)規(guī)整為亞穩(wěn)的位錯(cuò)網(wǎng)，析出M<,23>C<,6>型和MC型碳化物。M<,23>C<,6>型多以短條形在板條界和原奧氏體晶界析出，MC型則多以細(xì)針狀在板條內(nèi)析出從而彌散析出強(qiáng)化。鋼的強(qiáng)化機(jī)理除彌散析出強(qiáng)化之外，更以固溶強(qiáng)化、馬氏體強(qiáng)化、細(xì)晶界面強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化等復(fù)合強(qiáng)化使鋼獲得滿(mǎn)意的熱強(qiáng)性。為此熱強(qiáng)性目的，鋼以Cr、

4、W、Mo實(shí)現(xiàn)固溶強(qiáng)化和馬氏體強(qiáng)化，升高馬氏體的回復(fù)與再結(jié)晶溫度，提高熱強(qiáng)性，形成碳化物M<,23>C<,6>實(shí)現(xiàn)析出強(qiáng)化。大量Cr在基體中的固溶和馬氏體板條發(fā)生亞晶碎化與形成亞穩(wěn)位錯(cuò)網(wǎng)的高溫回復(fù)，使鋼具有高內(nèi)耗的獨(dú)特性質(zhì)，從而提高了鋼的抗疲勞能力。鋼中N元素的存在，保證了鋼在正火的高溫加熱時(shí)不出現(xiàn)α(δ)相，從而保證了鋼的馬氏體強(qiáng)化效果。 熱強(qiáng)性的研究表明，P92鋼的室溫強(qiáng)塑性?xún)?yōu)良，屈服強(qiáng)度σ<,0.2>的平均值為502.67M

5、Pa，標(biāo)準(zhǔn)偏差s為4.23 MPa；抗拉強(qiáng)度σ<,b>的平均值為665.00MPa，標(biāo)準(zhǔn)偏差s為3.90 MPa。P92鋼的高溫?zé)釓?qiáng)性?xún)?yōu)良，600℃時(shí)的0.2％最小保證強(qiáng)度達(dá)305.83Mpa以上，高溫使P92鋼的靜力強(qiáng)度的屈強(qiáng)比由室溫時(shí)的0.78增大至600℃時(shí)的0.92，這有利于鋼強(qiáng)度潛力和蠕變抗力的發(fā)揮。600℃高溫使P92鋼的靜力均勻塑性顯著減小，而局集塑性增大，因此導(dǎo)致伸長(zhǎng)率減小和面縮率增大，頸縮提前。形變斷裂的研究顯示，橫向

6、V形缺口夏氏試樣吸收的沖擊總破斷功僅為86.83J，縱向V形缺口夏氏試樣吸收的沖擊總破斷功較之橫向稍強(qiáng)，但也僅為134.13J：斷口脆斷面較大，裂紋擴(kuò)展區(qū)分為放射擴(kuò)展區(qū)和纖維擴(kuò)展區(qū)，呈現(xiàn)微孔聚合纖維和準(zhǔn)解理面混合斷口特征。對(duì)比P91鋼，V形缺口夏氏試樣吸收的沖擊總破斷功達(dá)180J，無(wú)脆斷分量，斷口呈現(xiàn)微孔聚合纖維狀韌性斷口特征，啟裂嶺區(qū)寬達(dá)2mm，前放射擴(kuò)展區(qū)與后纖維擴(kuò)展區(qū)合并為纖維擴(kuò)展區(qū)。P92鋼強(qiáng)韌性稍有欠缺P(pán)92鋼裂紋生長(zhǎng)的機(jī)理是