基于EBSD技术的P91钢蠕变行为表征

发布时间：2020-11-03 00:48

　　 P91马氏体耐热钢是目前超(超)临界火力发电机组关键部件的主要用材,长期服役于高温高压的环境下,势必会产生蠕变损伤并伴随着材料内部微观组织的演化,最终导致构件结构完整性劣化。因而,研究P91钢的蠕变损伤机制,对准确预测材料的安全状态和蠕变剩余寿命十分关键,同时也是保证超(超)临界火电机组构件安全运行的迫切要求。本文以P91钢为研究对象,首先,在600℃和620℃条件下进行高温单轴拉伸试验,得到相应温度下材料的相关力学性能。随后在给定条件下分别进行高温蠕变持久试验和蠕变间断试验,以得到蠕变数据和蠕变损伤试样。最后利用电子背散射衍射(Electron Back-Scattered Diffraction,EBSD)技术和硬度检测技术对蠕变试样的损伤行为进行了评价,取得的主要成果如下:(1)利用高温单轴拉伸试验得到P91钢在600℃和620℃条件下的相关力学性能,例如抗拉强度σ_b、弹性模量E、屈服强度σ_(0.2)和延伸率δ;通过高温蠕变持久试验获得P91钢在600℃、165MPa和620℃、145MPa条件下的完整蠕变曲线、蠕变断裂时间和断裂应变,蠕变断裂时间分别为219h和110h,断裂应变分别为0.296和0.332;通过蠕变间断试验,制备出了不同蠕变状态下的损伤试样。(2)利用EBSD技术对蠕变损伤试样进行精细化分析,主要包括晶体取向分布图、晶界分布图和小角度晶界处几何必需位错密度(geometrically necessary dislocations,GNDs),结果表明,晶粒取向表明晶粒在蠕变过程中存在一定程度的塑性变形;小角度边界的数量在蠕变过程中随着应变的累积和蠕变机制的影响先上升后下降;小角度晶界处GNDs密度在蠕变过程中先迅速上升,在最小蠕变率处达到极值后缓慢下降,直到最后基本保持不变,与小角度边界数量的变化基本上一致。(3)利用相关EBSD损伤评价参数并结合硬度测量进行了系统分析,其中,等效晶粒尺寸能够反应材料蠕变过程中晶粒的粗化现象;局域取向差可以反应损伤过程中材料微观塑性应变的变化;硬度可以反应可动位错密度、析出相粗化以及材料力学性能的变化。结果表明,在同一服役条件下,随着蠕变的进行和应变的累积,等效晶粒尺寸一直在增大,局域取向差先上升后下降,硬度一直下降,且硬度与等效晶粒尺寸之间的关系符合Hall-Petch公式。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG142.1
【部分图文】：

以时间 t 为横坐标，蠕变曲线上任一点的蠕变速率 ( = )，一般用曲线上该点的斜率来表示，图1.1 和 1.2 为典型的蠕变应变曲线和蠕变速率曲线。

图 1.1 典型蠕变-应变曲线 图 1.2 蠕变速率曲线（浴盆曲线）Fig.1.1 Typical creep-strain curve Fig.1.2 Creep rate curve蠕变曲线中，OA 段为弹性应变阶段，所产生的弹性应变为 ，完整的蠕变阶段是从 A 点开始直到 D 点结束。从蠕变速率曲线可以看出，蠕变过程一般可以分为以下三个阶段：第一阶段即减速蠕变阶段，图中 AB 段，这一阶段的特点是蠕变速率很大，但随着时间的延长，阻力增加，蠕变速率开始下降，到 B 点基本上达到最小。第二阶段即恒速蠕变阶段，图中 BC 段，这一阶段加工硬化效应与回复软化效应共同对材料的蠕变行为起作用，蠕变速率在这一阶段基本上保持不变，且蠕变速率基本上为最小值。第三阶段即加速蠕变阶段，图中 CD 段，这一阶段的特点是随着蠕变的进行，蠕变速率开始不断增加，直至到 D 点蠕变速率不再增加，这是因为材料在这一点发生了蠕变断裂，也将这一点称为材料的蠕变断裂时间点。

图 1.3 P91 钢微观组织结构示意图Fig.1.3 Schematic diagram of P91 steel microstructure含四种基本单元结构，分别是原奥氏体晶粒、马氏体束通常认为，板条马氏体组织是由细小的亚结构组成的，一[19]。由图可以看出，一个奥氏体晶粒可以分割成好有同一惯习面；一个马氏体束可以分成多个马氏体块，块可以分成多个马氏体板条亚晶粒[20]。马氏体钢在马氏错，这些位错存在于板条亚晶粒中。细小的马氏体板条生一定的阻碍作用，进一步阻止了高温条件下 9%~12%高了蠕变强度[21]。型碳化物和 MX 型碳氮化物是 9~12%Cr 耐热钢中初始6相主要分布在大角度晶界上，如原奥氏体晶界、马氏面和阻碍界面迁移的作用；MX 相主要分布在马氏体
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本文编号：2867835