基于微观组织变化的P92耐热钢蠕变性能研究

摘要

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耐热钢在650℃热时效0～8000h的微观组织进行表征。结果表明：原始态的P92耐热钢为回火马氏体板条结构，且在原奥氏体晶界、亚晶界及基体上弥散分布着M23C6碳化物以及MX相；随着热时效时间的延长马氏体板条发生了一定粗化，但基本保持了回火马氏体板条结构；Laves相在热时效后才会析出，且粗化速率明显高于M23C6碳化物和MX相。 (2)对650℃不同热时效时间的P92耐热钢进行20MPa，35MPa，65MPa和75MPa下的蠕变性能测试，高应力(65MPa，75MPa)下的蠕变实验采用单轴矩形蠕变实验法，低应力(20MPa，35MPa)下的蠕变实验采用多轴螺旋弹簧蠕变实验法。结果表明：热时效3000h的试样的低应力蠕变性能发生了强化，且应力越低强化作用越明显；影响P92耐热钢在650℃，20MPa和35MPa下的蠕变性能的组织退化因子主要是Laves相，而在较高应力65MPa和75MPa下，则主要是M23C6碳化物。 (3)对不同热时效时间的P92耐热钢在650℃进行170MPa的蠕变断裂实验，结果表明：随着热时效时间的延长，P92耐热钢的蠕变强度和持久寿命逐渐降低，但蠕变断裂应变略有提高；不同热时效的试样蠕变断裂后的断口呈大量韧窝，为典型的韧性断裂；析出相粗化产生的应力集中使耐热钢中马氏体板条分解后产生了许多亚晶粒。 (4)采用多组本构方程（本论文为四组）对P92耐热钢的短程及长程蠕变行为进行了拟合分析。结果表明：P92耐热钢的初级蠕变应变一时间曲线符合Blackburn eq.；初级蠕变速率-时间关系符合Power law’，而三级蠕变速率-时间关系符合Logarithmic law’；Power law’与Logarithmic law’可以组成两种复合模型描述整体蠕变行为，且基于复合本构模型提出了K参数法进行剩余寿命评估。

目录

第一个书签之前