摻雜P91鐵素體耐熱鋼蠕變性能的研究.pdf

1、20世紀(jì)80年代以前,由于耐熱材料的限制,世界范圍內(nèi)常規(guī)發(fā)電機(jī)組蒸汽參數(shù)一直難以有效提高。P91鐵素體耐熱鋼從1983年成功研發(fā)以來(lái),其優(yōu)良的服役性能受到了國(guó)內(nèi)外發(fā)電工程界的極大關(guān)注,并開(kāi)始在超超臨界電站的建設(shè)中廣泛使用,使發(fā)電機(jī)組蒸汽參數(shù)得到大幅度提高。我國(guó)于1987年首次引進(jìn)P91鋼,并于1991年開(kāi)始試制P91鋼,雖然取得了一定的成果,但由于基礎(chǔ)研究薄弱,國(guó)產(chǎn)P91鋼服役性能始終不能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。鋼的高溫蠕變性能對(duì)其服役性能起

2、著決定性作用,所以針對(duì)P91鋼基礎(chǔ)研究的缺乏,本文通過(guò)一系列試驗(yàn)研究雜質(zhì)元素S和Sn對(duì)P91鋼蠕變性能的影響。
　　含S P91鋼和含 Sn P91鋼于1328K正火,1033K回火后,在溫度區(qū)間873K～923K和應(yīng)力范圍150MPa～210MPa進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn),通過(guò)含S P91鋼和含Sn P91鋼蠕變本構(gòu)方程與Monkman-Grant關(guān)系式,得到摻雜P91鋼持久強(qiáng)度。通過(guò)持久強(qiáng)度的對(duì)比發(fā)現(xiàn),雜質(zhì)元素Sn對(duì)P91鋼蠕變性能產(chǎn)生有

3、害影響更為嚴(yán)重。通過(guò)金相觀察發(fā)現(xiàn)摻雜P91鋼蠕變斷口附近均有大量空洞出現(xiàn),且同一溫度與應(yīng)力條件下含Sn P91鋼斷口處空洞數(shù)量明顯多于含S P91鋼。證明與S元素相比,Sn元素更易促進(jìn)P91鋼空洞形核,對(duì)P91鋼蠕變性能的影響更為顯著。
　　采用場(chǎng)發(fā)射掃描透射電子顯微術(shù)(FEG-STEM)分析含S P91鋼和含Sn P91鋼的第二相形貌、分布與成分。研究發(fā)現(xiàn)含S P91鋼和含Sn P91鋼中均有大量富Cr的M23C6型碳化物與少量

4、的富Nb的MX型碳化物沿晶界析出。蠕變斷裂后,第二相類型未發(fā)生變化,但第二相明顯發(fā)生粗化且間距增大。雜質(zhì)元素 S和Sn未對(duì)P91鋼第二相類型、形貌及分布產(chǎn)生影響。
　　采用場(chǎng)發(fā)射掃描透射電子顯微術(shù)(FEG-STEM)測(cè)量晶界成分,發(fā)現(xiàn)Sn元素在P91鋼晶界處發(fā)生偏聚,根據(jù) Seah提出的模型計(jì)算可知,Sn元素在晶界偏聚降低了沿晶斷裂能,致使空洞在晶界處更容易形核,最終導(dǎo)致材料的蠕變性能降低。通過(guò)晶界成分與夾雜物成分分析發(fā)現(xiàn),由于P