冷却方式对P9、T91钢连铸坯微观组织及力学性能的影响

摘要

随着世界锅炉管用钢的研究与开发朝高性能、低成本方向进行，发电站用锅炉向高参数、大容量方向发展。T91(10Cr-9Mo-1V-Nb)钢和P9(9Cr-1Mo)钢都是高合金锅炉管用钢的主要代表，其因具有优异的高温性能、良好的导热性以及组织稳定性，成为锅炉管用钢的首选钢种。
　　 该类钢通常采用连铸法生产，需要铸坯有较好的可加工性和高温塑性。本文结合华菱衡阳钢铁公司连铸坯生产工艺的特点，采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热仪(DSC)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、透射电子显微镜(TEM)等分析手段，系统地分析了冷却方式对T91钢连铸坯及P9钢连铸坯组织及性能的影响，通过实验与分析讨论，得出以下结论:
　　 (1)计算了T91钢中NbC和VC在奥氏体及铁素体中不同温度下的固溶度，并计算了900℃轧制时由应变诱导析出的NbC的体积分数和所产生的强度增量，平衡时沉淀析出的NbC的体积分数为0.0049％，由诱导析出NbC所产生的强度增量为20.05MPa; VC在900℃时未产生强度增量。
　　 (2)冷却速度对T91钢连铸坯组织的影响较大，2℃/min＜v≤9℃/min时，组织中出现大量的铁素体和少量的板条马氏体;随着冷却速度的增加，铁素体的量减少，马氏体的量增多，当达到某一临界冷却速度（9℃/min）时，铁素体析出受到抑制，组织中铁素体消失，而全部为马氏体组织。当冷却速度为2℃/min＜v＜25℃/min时，板条尺寸由5μm变为1μm。
　　 (3) T91钢连铸坯冷却后性能变化显著，缓冷后，相比未冷却的铸坯，抗拉强度降低41.5％，硬度降低58.7％，伸长率升高66％，韧性提高11.4％。
　　 (4) T91钢连铸坯二次奥氏体化后，在冷却速度为2℃/min＜v＜25℃/min时，均有板条马氏体生成;当v=25℃/min时，板条宽度可达到600-800nm左右。二次奥氏体化后进行缓慢冷却，塑性和韧性比一次奥氏体化后分别高出145％及8.3％，硬度降低了36％。
　　 (5) P9钢连铸坯组织中有M23C6和MX两种类型析出物，一种是尺寸大约为150 nm的M23C6型析出物，一种是尺寸大约为50nm的MX型析出物，它们分别分布在板条界和板条内部。在冷却过程中，析出物的尺寸和数量都随冷却速度的增大而减小，v≤9℃/min时析出相呈明显的链状析出，v＞9℃/min时，很少甚至没有链状析出。
　　 (6) P9钢连铸坯冷却后性能变化显著，缓冷后，相比冷却前的铸坯，伸长率提高78％，硬度降低29％，韧性提高26.6％，而且在整个加热-冷却过程中，未见裂纹尖端部分有扩展，可以认为，裂纹尖端处的裂纹敏感性在该冷却速度下不是很显著。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 综述

1．2 火力发电站用耐热钢的发展概况

1．3 锅炉用耐热钢的分类及发展

1．3．1 奥氏体钢耐热钢

1．3．2 铁素体耐热钢

1．4 9~12％Cr铁素体耐热钢的发展简介

1．5 锅炉管用T91铁素体耐热钢的发展现状

1．5．1 T91钢中各种元素的作用

1．5．2 T91钢的组织特征

1．5．3 T91钢的性能特点

1．6 连铸坯表面裂纹产生的原因

1．7 本文的研究目的及主要内容

第二章 实验材料及研究方法

2．1 试样制备

2．2 研究路线

2．3 实验方法

2．3．1 光学显微镜

2．3．2 共焦激光扫描显微镜(CLSM)原位观察

2．3．3 热分析测相变点

2．3．4 透射电子显微镜分析

2．3．5 扫描电子显微镜

2．3．6 硬度测试

2．3．7 强度测试

2．3．8 韧性冲击试验

2．4 线膨胀曲线测定组织转变量的基本原理

第三章 第二相形成元素在钢中的溶解度及强度增量计算

3．1 第二相形成元素在钢中的平衡固溶量及沉淀析出量的计算

3．1．1 Nb溶解度的计算及由NbC沉淀强化所产生的强度增量的计算

3．1．2 V溶解度的计算及由VC沉淀强化所产生的强度增量的计算

3．2 T91钢析出物的热力学分析

3．3 本章小结

第四章 不同冷却方式对T91钢连铸坯组织及性能的影响

4．1 临界点的确定

4．1．1 Ac1、Ac3、Fs、Ff、Ms及Mf点的测定

4．1．2 Ac1和Ms点的测定

4．1．3 Ms点和Mf点的测定

4．2 不同冷却方式对T91钢连铸坯组织及性能的影响

4．2．1 热处理制度的确定

4．2．2 不同冷却方式对T91钢连铸坯组织的影响

4．2．3 不同冷却方式对T91钢连铸坯性能的影响

4．3 本章小结

第五章 不同冷却方式对二次奥氏体化后T91钢连铸坯组织及性能的影响

5．1 热处理制度的确定

5．2 二次奥氏体化后不同冷却方式对T91钢连铸坯组织的影响

5．3 二次奥氏体化后不同冷却方式对T91钢连铸坯性能的影响

5．3．1 二次奥氏体化后不同冷却方式对T91钢连铸坯强度的影响

5．3．2 二次奥氏体化后不同冷却方式对T91钢连铸坯伸长率的影响

5．3．3 二次奥氏体化后不同冷却方式对T91钢连铸坯韧性的影响

5．3．4 二次奥氏体化后不同冷却方式对T91钢连铸坯硬度的影响

5．4 本章小结

第六章 不同冷却方式对P9钢连铸坯组织及性能的影响

6．1 热处理制度的确定

6．2 不同冷却方式P9钢连铸坯组织的影响

6．3 不同冷却方式对P9钢连铸坯性能的影响

6．4 P9钢中间裂纹形成及扩展行为的研究

6，4．1 晶粒尺寸对裂纹扩展的影响

6，4．2 第二相对裂纹扩展的影响

6．4．3 铸坯微观组织对裂纹形成的影响

6．4．4 加热-冷却制度对裂纹扩展的影响

6．5 本章小结

第七章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果