超临界高压锅炉管坯P91锻后炸裂分析及工艺改进

摘要

随着我国电力和锅炉行业的飞速发展，对锅炉管坯的需求量呈现出逐年不断增长的趋势，由于P91（10Cr9Mo1VNb）钢表现出较高的抗氧化性和抗高温蒸汽腐蚀性，具有良好的冲击韧性和持久塑性等优异特点，得到了国内外学者广泛的关注。但是，P91钢的冶炼工艺质量稳定性较差，多次出现P、C、Al、N等化学成分超标、非金属夹杂物超标、钢锭过热、皮下气泡和裂纹、表面裂纹、退火出炉后炸裂、白点等严重质量问题，从而造成多炉废品。经过近年来的生产研究，化学成分超标、非金属夹杂物超标、皮下气泡、钢锭过热、白点等质量问题已经基本得到解决，而退火出炉后炸裂等质量问题仍经常发生，因此，如何提高P91钢锻造管坯的成形质量现已成为迫切需要解决的关键问题。
　　本研究针对P91钢管坯表面开裂的问题进行了深入研究，对P91钢开展了不同工艺参数的热处理试验研究，对材料的裂纹形貌，显微组织状态进行了观察分析，对其力学性能（硬度）进行了测定。基于有限元数值模拟技术，采用ABAQUS模拟软件对P91钢热处理过程进行了模拟。结果发现：P91管坯炸裂是由于热处理炉炉膛温度分布不均匀所致，使处在远低于保温温度区域而进行加热的P91管坯在冷却时形成了马氏体组织而存在较大的残余应力，故出现炸裂。因此，适当提高退火温度至720℃补偿炉温的不均匀，加快奥氏体组织向铁素体组织的转变，避免马氏体组织的产生，杜绝P91管坯炸裂现象的发生。此外，由P91钢C曲线可知，该材料的Ac1为800-830℃之间，Ms点为380℃左右。且在670-800℃之间存在一个奥氏体向珠光体转变最快的区域，所以最终锻后退火温度选择在720±10℃，退火出炉温度控制在300℃以下，钢锭转移方式确定为热送。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 P91钢概述

1.3 P91钢国内外研究现状

1.4 热处理有限元模拟研究进展

1.5 本课题主要研究内容

第2章 试验材料及试验内容

2.1 引言

2.2 试验材料

2.3 P91管坯的生产工艺流程

2.4 P91管坯的生产工序控制

2.5 分析试样制备

2.6 显微硬度测定

2.7 显微组织分析

2.8 室温拉伸性能测试

第3章 P91管坯锻后炸裂的影响因素研究

3.1 引言

3.2 P91钢裂纹形貌

3.3 P91钢裂纹周围显微组织特征

3.4 P91钢不同热处理工艺对显微组织的影响

3.5 P91钢不同热处理工艺对力学性能的影响

3.6 P91钢管坯退火过程应力状态分析

3.7 本章小结

第4章 P91钢热处理过程有限元模拟

4.1 引言

4.2 ABAQUS软件介绍

4.3 ABAQUS主要模块及分析步骤

4.4 热处理过程有限元模拟

4.5 有限元模拟结果分析及措施优化

4.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢