P92耐热钢物理化学相分析

采用物理化学相分析方法研究了P92耐热钢的回火及时效后碳化物和金属间化合物的析出行为,并通过实验确定了P92钢中析出相的萃取和分离方法、钢中析出相的类型、含量及组成结构式等。研究结果表明,回火态试样中含有M23C6与M(CN)两种析出相,时效100h后,X-ray分析结果出现Laves相。随着时效时间的增加,Laves相也明显增加,且W、Mo含量高的试样在时效后Laves相析出量增加较多,M23C6的析出量增加较少,M(CN)析出相含量变化不大。P92钢在短时间内析出的Laves相有显著的强化效果,在1 000h内增加Laves相析出量能有效提高P92钢室温及600℃下强度。

620℃条件下T/P92耐热钢的腐蚀行为

采用金相显微镜、X射线能谱仪(EDS)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD),研究了NaCl,Na_2SO_4在620℃条件下对T/P92耐热钢腐蚀行为的影响。结果表明,腐蚀产物主要成分为Fe_2O_3,Fe_3O_4和FeCr_2O_4。腐蚀程度随材料表面积盐量以及积盐中NaCl含量的增加而加剧。

P92耐热钢加热过程中奥氏体晶粒长大规律

对P92耐热钢在箱式电阻炉中进行晶粒长大实验,实验温度为1000℃、1050℃、1100℃、1200℃和1250℃,保温时间为1h、3h、5h、8h、10h和15h。采用ZEISS-AXIO显微镜观察奥氏体晶粒长大组织,用截线法进行奥氏体平均晶粒尺寸的测定。结果表明,P92耐热钢奥氏体晶粒随加热温度的升高和保温时间的延长而增大,并得到晶粒长大的数学模型。

国产和进口P92耐热钢显微组织、拉伸和蠕变性能的对比

在对国产大口径P92耐热钢管进行650℃时效处理后,研究了其显微组织、拉伸性能和蠕变性能,并与进口P92钢进行了对比。结果表明:国产P92钢在化学成分、显微组织、拉伸性能以及蠕变特性等方面均符合ASTM A335、GB 5310-2008和EN10216等相关标准的要求;与进口P92钢相比,国产P92钢在时效过程微观结构并未发现明显异常,只是Laves相的粗化速度相对较快,这是国产P92耐热钢蠕变性能低于国外P92钢的原因之一。

P92耐热钢δ-铁素体内的析出相

用透射电镜、扫描电镜和X射线能谱仪对P92钢在不同时效状态下δ-铁素体内的析出相进行了分析,结果表明,δ-铁素体内包含两种析出相,分别为VN与Laves相。VN呈短棒状,尺寸20～70 nm,较为稳定,Laves相平均等效直径在600℃下随时间的增加则有较大改变。此外,研究表明P92钢中的Laves相不但在晶界与亚晶界上析出,也在δ-铁素体晶内析出。

氮含量对P92耐热钢组织与性能的影响

通过对5组不同含氮量P92耐热钢的室温、高温拉伸试验及显微组织检验,研究了氮含量对P92耐热钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着氮含量增加,钢的室温强度和高温强度提高,延伸率和屈强比显著降低;铁素体含量明显减少,氮化物析出量增多,钢的晶粒度明显细化。但钢中氮含量过高,钢锭在锻造过程中表面易开裂,从而显著影响其表面质量。根据生产实际,P92耐热钢中氮含量应控制在成分中上限0.045%～0.060%之间比较适宜。

高温时效对P92耐热钢持久性能的影响

将P92耐热钢在650℃分别时效600,1 200h后,再在170MPa,650℃下进行单轴拉伸蠕变试验,观察了时效和蠕变断裂后试验钢的显微组织,分析了其持久性能。结果表明:时效后试验钢中的板条马氏体发生粗化,组织中析出了Laves相,且时效时间越长,Laves相的数量越多、直径越大;蠕变断裂后,近断口组织中的板条马氏体均变为等轴状;时效后试验钢的蠕变断裂寿命缩短但蠕变断裂应变提高,持久性能下降;时效前后试验钢在蠕变过程中均发生了韧性断裂,时效后蠕变断口上的韧窝较小且较浅。

基于CPFEM探究M_(23)C_(6)对P92耐热钢高温塑性变形的影响

本文基于晶体塑性理论,耦合Orowan位错动力学方程和泰勒硬化模型,建立了考虑位错密度的P92钢力学模型。采用晶体塑性有限元方法探究了M_(23)C_(6)的析出数量和取向关系对于P92耐热钢局部高温塑性变形的影响。结果表明,M_(23)C_(6)承担较高的应力而发生较小的塑性变形,应变集中现象主要出现在M_(23)C_(6)与基体交界处,M_(23)C_(6)数量的增加引起了明显应变梯度,加剧了局部塑性变形的不均匀性。M_(23)C_(6)与基体的三种取向关系中,Pitsch取向更有利于降低局部应变集中,缓解位错塞积,减少P92钢服役过程中损伤开裂的可能性。

管道初始状态对P92钢细晶区组织和性能的影响研究

本研究以新旧P92钢管为研究对象,基于快速热处理方法制备了细晶热影响区棒状试样,通过扫描电镜、透射电镜观察,显微硬度、蠕变实验对比了两种细晶区的显微组织和力学性能,揭示了管道初始状态对P92钢细晶区组织和性能的影响。结果表明:与P92新管细晶区相比,P92旧管细晶区的位错密度低,析出相粗大,降低了其硬度和蠕变抗力。蠕变过程中,P92旧管细晶区的Laves相析出倾向更大,促进蠕变空洞的形成,加速蠕变断裂,缩短了其蠕变寿命。

考虑位错硬化效应的P92钢晶体塑性模拟研究

基于晶体塑性理论,建立了考虑位错硬化效应的P92耐热钢晶体塑性有限元模型。应用模型模拟了P92钢在拉伸过程的塑性变形行为,进一步探究了不同滑移系开动对塑性变形的影响。结果表明:P92钢变形后应力应变、位错密度和形变储存能呈现不均匀分布,证实晶粒发生不均匀的塑性变形。其中位错运动是塑性变形的载体,在晶界处存在位错塞积导致应力应变集中和形变储存能升高;同时塑性变形受滑移系开动的影响,对比模型在不同滑移系统开动下的拉伸曲线,得出{110}<111>作为主滑移系统在单轴拉伸变形过程中起决定性作用。

火电厂新型耐热钢P92焊材及焊接工艺研讨会在上海召开

近几年来电力工业发展迅猛，普遍安装大型发电机组。近期内将有几个超(超)临界机组开工兴建，其主蒸汽管道将采用P92钢。为了沟通信息，提高认识，由上海电力安装公司承办的“火电厂新型耐热钢P92焊材及焊接工艺研讨会”于2005年5月20～23日在上海召开。

P92钢表层纳米组织的热稳定性

本文通过表面纳米化处理(SMAT)在P92钢表层中形成纳米组织结构,研究了回火温度对表层纳米组织演化行为和析出行为的影响.结果表明:淬火态和回火态P92钢组织经过SMAT处理后沿深度方向依次是纳米层、剧烈变形层、最终过渡到正常组织.随后分别研究了淬火和回火态SMAT试样经不同温度回火后微观组织的再结晶及长大行为.经SMAT处理的铁素体纳米晶粒在550℃时仍能保持较好的纳米结构,甚至高达650℃时表层晶粒仍为纳米晶,当温度超过760℃时表层组织发生显著的再结晶和晶粒长大现象.纳米晶界能抑制淬火态P92钢在较低温度回火时M23C6碳化物的析出.纳米组织提高了高温回火过程中合金元素在铁素体中的扩散速率,加速了M23C6碳化物的长大过程.不同温度回火过程中SMAT纳米层中析出行为的变化将在本文中详细描述.

基于CPFEM构建考虑板条结构的P92钢蠕变力学模型

P92钢在服役过程中,热不稳定性会导致微观组织结构演化,会影响力学性能而降低服役寿命。基于晶体塑性理论和耦合位错动力学方程,引入位错硬化模型和尺寸硬化模型,建立了考虑板条尺寸效应和位错硬化效应的蠕变力学本构模型。将用户材料子程序嵌入到有限元软件ABAQUS中运行,结合Voronoi图形原理生成含有板条结构的代表性体单元(representative volume element, RVE)模型,对P92耐热钢高温蠕变拉伸过程进行模拟。将蠕变模拟结果与试验结果进行匹配,分析了网格单元数量和参数对蠕变模拟结果的影响,确定了蠕变模型的计算参数。RVE模型的应力应变分布表明:蠕变拉伸后P92钢出现不均匀塑性变形。

P92钢焊缝的无损检测方法

新型马氏体耐热钢P92是国内新引进的锅炉用钢,其具有较强的裂纹倾向,因此对P92钢焊缝的检测尤为重要。通过对钢焊缝常用的无损检测方法进行对比,认为超声波与磁粉检测相结合较为理想,但超声波在P92钢中的声速与普通碳钢中不同,造成实际探伤中会产生误差。为确保检验准确性,专门定制了P92材质对比试块,将普通碳钢试块上调好的距离-波幅曲线在P92对比试块上校准,从而解决了声速不同对缺陷定位、定量的影响。实践验证了超声波与磁粉相结合的检测方法对P92钢的有效性。

P92钢中Laves相强化作用的研究

采用化学定量相分析技术并借助于光学显微镜、XRD、SEM、TEM及常规的力学检测设备,研究了600℃下P92钢中Laves相对强度的影响规律,结果表明:Laves相在时效过程中析出,时效时间在100 h内,Laves相快速形核,1 000 h内,随着时效时间的延长,钢中Laves相含量逐渐增加并能有效提高P92钢室温和600℃高温强度;600℃下3 000 h内提高P92钢中狂钨、钼含量,增加Laves相的析出量,能够显著提高P92钢持久强度。

P92钢中δ-铁素体内Laves相的长大规律

用透射电镜、扫描电镜对两炉δ-铁素体含量不同的P92钢中的Laves相形貌与尺寸进行了分析与测量。结果表明:在时效状态下,δ-铁素体内也有Laves相析出,其尺寸显著大于马氏体基体中的Laves相;δ-铁素体含量越高,δ-铁素体内的Laves相尺寸与增长速度越大;δ-铁素体含量对马氏体基体中的Laves相尺寸影响不大。