基于微观组织变化的P92耐热钢蠕变性能研究
发布时间：2021-03-22 10:50
P92耐热钢通常用于超超临界火力发电厂的主蒸汽管道、再热蒸汽管道以及高温联箱,其服役的最高蒸汽参数在620℃,30MPa。高温高压构件的蠕变断裂失效将直接对热电厂的安全性及生产造成严重的影响,因此需要可靠的蠕变本构模型和寿命预测方法来确保构件安全服役的运行极限。工程上主要采用等温线外推法或时间-温度参数法等经验外推的方法来预测耐热钢长期服役下的蠕变性能。然而,若通过P92耐热钢的高应力或高温短时蠕变性能来外推低应力服役条件下的长程蠕变性能则会产生过大评价,即低应力区的蠕变性能发生了退化。低应力区蠕变性能退化与高温热时效下微观组织的演变有关。但是目前对于导致低应力区蠕变性能发生退化的微观组织影响因子尚不清楚,另一方面则反映出基于经验外推法的弊端。因此分析影响P92耐热钢低应力蠕变性能的组织退化因子以及探讨单一条件下蠕变行为的本构规律具有非常重要的实践意义。本论文系统地分析了热时效引起的微观组织变化及其对蠕变性能的影响,并尝试揭示影响低应力蠕变性能的组织退化因子和建立新的蠕变本构模型,主要研究内容和结论如下:（1）采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对P92耐热钢...
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?Ｃｒ系铁素体耐热钢的发展历程＿?（应力为１０５ｈ／６００°Ｃ的蠕变断裂强度）??新型铁素体耐热钢的研制成功是超（超）?
不变（弹性应变范围内），但随时间的延长其中所加的应力却自行下降。??蠕变曲线指金属材料在窗温婦变过程中，记录蠕变变形与时间之间的关系的曲线，??它可以用来描述材料的蠕变行为。图１－２显示了常见的：［：程合金在恒定载荷和温度下的??蠕变应变－时间曲线以及右侧对应的应变速率－时间曲线的示意图［２ａ２１］。对于纯金属以及??第二类固溶体合金而言，其婦变曲线的形状如图１－２?（ａ，?ｄ）所示。根据蠕变曲线的形状??可分为三个较为典型的阶段，即蠕变速率随时间＊下降趋势的初级蠕变阶段（第一类固??溶体合金表现出“非正常过渡”行为）、蠕变速率保持不变的稳态蠕变阶段以及婦变速??率随时间逐渐上升直至断裂的加速蠕变阶段。对乎—些组织结构比较复杂的堇程合金，??如有第二相析出的Ｐ９２耐热钢，其蠕变曲线不会出现明显的稳态蠕变阶段，如图１－２?（ｂｓ??ｅ）所示，经过蠕变第一阶段后裒接进入第三阶段加速蠕变，在这种情况下，工程上一??般用暴小蠕变速率来代普稳态蠕变速率。此外在某些特殊的条件下，例如低温－高应力??或者髙温－低应力的条件下
图１－５?Ｐ９２耐热钢回火马氏体微观结构示意图??Ｐ９２耐热钢中的Ｍ２３Ｃ６型碳化物为面心立方结构，Ｍ主要为Ｆｅ、Ｃｒ元素。Ｍ２３Ｃ６??型碳化物是Ｐ９２耐热钢的生要析出相，它主要沿原奥氏体晶界和马氏体板条亚晶界析??出。在高Ｍ服役进程中，Ｍ２３Ｃ６型碳化物会发生聚集和粗化，或会随其他沉淀相的析出??而被消耗［４２］。在长期蠕变后，Ｍ２３Ｃ６型碳化物的粗化和连接易引起应力集中，造成碳化??物或基体分离产生微裂纹，从而加速蠕变断裂［４３］。ＭＸ型碳氮化物主要分布于板条内部??和马氏体板条亚晶界等位置，其主要形态有：三种：①立方形或球形的Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）；?＠片形??或的柱形ＭＸ（ＶＮ）；③特殊形状的ＶＮ。ＭＸ相尺寸细小，且在长期服役过程中，粗化??速率较慢，因而获得较多的ＭＸ型碳氮化物是提高材料蠕变性能的重要方法［４４］。??Ｐ９２耐热钢中的Ｌａｖｅｓ相的结构为（Ｆｅ，Ｃｒ）２（Ｗ，Ｍｏ），其主要分布在原奥氏体晶界与??亚晶界上。在高温蠕变或时效过程中通常在Ｍ２３Ｃ６碳化物附近析出，这金要是因为Ｗ原??子．在Ｍ２３Ｃ６碳化物周頂議集有利于Ｌａｖ．ｅｓ相在此处形成［４５４６］。＿?Ｌａｖｅｓ相形成初期，由??于尺寸较小，有析出强化作用，但Ｌａｖｅｓ相的形成会消耗：基体中的Ｍｏ和Ｗ，降低了??Ｍｏ和Ｗ的固溶强化作用，但随着Ｌａｖｅｓ相的长大还会诱发蟮变孔洞形核。蠕变样品中??Ｌａｖｅｓ相的析出密度大于时效样品，但析出体积分数相近不同子厘２３（：６碳化物、ＭＸ??相以及Ｌａｖｅｓ相短时析出的特性，Ｚ相要经过较长时间才会析出。Ｚ相主要由Ｃｒ、Ｖ、??
本文编号：3094018
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?Ｃｒ系铁素体耐热钢的发展历程＿?（应力为１０５ｈ／６００°Ｃ的蠕变断裂强度）??新型铁素体耐热钢的研制成功是超（超）?
不变（弹性应变范围内），但随时间的延长其中所加的应力却自行下降。??蠕变曲线指金属材料在窗温婦变过程中，记录蠕变变形与时间之间的关系的曲线，??它可以用来描述材料的蠕变行为。图１－２显示了常见的：［：程合金在恒定载荷和温度下的??蠕变应变－时间曲线以及右侧对应的应变速率－时间曲线的示意图［２ａ２１］。对于纯金属以及??第二类固溶体合金而言，其婦变曲线的形状如图１－２?（ａ，?ｄ）所示。根据蠕变曲线的形状??可分为三个较为典型的阶段，即蠕变速率随时间＊下降趋势的初级蠕变阶段（第一类固??溶体合金表现出“非正常过渡”行为）、蠕变速率保持不变的稳态蠕变阶段以及婦变速??率随时间逐渐上升直至断裂的加速蠕变阶段。对乎—些组织结构比较复杂的堇程合金，??如有第二相析出的Ｐ９２耐热钢，其蠕变曲线不会出现明显的稳态蠕变阶段，如图１－２?（ｂｓ??ｅ）所示，经过蠕变第一阶段后裒接进入第三阶段加速蠕变，在这种情况下，工程上一??般用暴小蠕变速率来代普稳态蠕变速率。此外在某些特殊的条件下，例如低温－高应力??或者髙温－低应力的条件下
图１－５?Ｐ９２耐热钢回火马氏体微观结构示意图??Ｐ９２耐热钢中的Ｍ２３Ｃ６型碳化物为面心立方结构，Ｍ主要为Ｆｅ、Ｃｒ元素。Ｍ２３Ｃ６??型碳化物是Ｐ９２耐热钢的生要析出相，它主要沿原奥氏体晶界和马氏体板条亚晶界析??出。在高Ｍ服役进程中，Ｍ２３Ｃ６型碳化物会发生聚集和粗化，或会随其他沉淀相的析出??而被消耗［４２］。在长期蠕变后，Ｍ２３Ｃ６型碳化物的粗化和连接易引起应力集中，造成碳化??物或基体分离产生微裂纹，从而加速蠕变断裂［４３］。ＭＸ型碳氮化物主要分布于板条内部??和马氏体板条亚晶界等位置，其主要形态有：三种：①立方形或球形的Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）；?＠片形??或的柱形ＭＸ（ＶＮ）；③特殊形状的ＶＮ。ＭＸ相尺寸细小，且在长期服役过程中，粗化??速率较慢，因而获得较多的ＭＸ型碳氮化物是提高材料蠕变性能的重要方法［４４］。??Ｐ９２耐热钢中的Ｌａｖｅｓ相的结构为（Ｆｅ，Ｃｒ）２（Ｗ，Ｍｏ），其主要分布在原奥氏体晶界与??亚晶界上。在高温蠕变或时效过程中通常在Ｍ２３Ｃ６碳化物附近析出，这金要是因为Ｗ原??子．在Ｍ２３Ｃ６碳化物周頂議集有利于Ｌａｖ．ｅｓ相在此处形成［４５４６］。＿?Ｌａｖｅｓ相形成初期，由??于尺寸较小，有析出强化作用，但Ｌａｖｅｓ相的形成会消耗：基体中的Ｍｏ和Ｗ，降低了??Ｍｏ和Ｗ的固溶强化作用，但随着Ｌａｖｅｓ相的长大还会诱发蟮变孔洞形核。蠕变样品中??Ｌａｖｅｓ相的析出密度大于时效样品，但析出体积分数相近不同子厘２３（：６碳化物、ＭＸ??相以及Ｌａｖｅｓ相短时析出的特性，Ｚ相要经过较长时间才会析出。Ｚ相主要由Ｃｒ、Ｖ、??
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