合金元素(Cr、Ni、Mn、Cu)增强T91钢耐蚀性机理的第一性原理计算研究

为解决核反应堆结构材料T91钢在铅铋合金液中耐腐蚀性低的问题,采用热力学模拟和第一性原理计算相结合的方法,在原子尺度上探究了合金元素Cr、Ni、Mn、Cu增强T91钢的耐腐蚀性能的机理。通过热力学模拟计算研究,确定了T91钢室温下的主要相成分为马氏体结构,搭建了4种第一性原理计算模型马氏体-铬模型、马氏体-镍模型、马氏体-锰模型以及马氏体-铜模型,并计算比较了电子结构以及电荷密度分布,发现合金元素与Fe原子之间形成金属键。通过差分电荷研究分析,发现Cr与Fe原子之间的金属键具有较强的共价键特性且结合最强,Ni与Fe原子之间的金属键也具有一定的共价键特性,但其结合弱于Cr、Cu和Mn原子次之。同时,计算了4种模型中合金元素与基底之间的结合能,发现马氏体-铬模型不仅能量最低,而且Cr与基底的结合很高,说明Cr原子能够提高T91钢的耐腐蚀性能。该研究可为合金元素Cr、Ni、Mn、Cu增强T91钢耐铅铋合金液腐蚀性能提供参考,同时也为新材料的开发以及性能预测提供一种新的研究方法。

经长时服役的超临界锅炉T91/TP347H异种钢接头性能分析

对某超临界锅炉运行7.5万小时的T91/TP347H异种钢接头,采用金相显微镜、万能材料试验机和扫描电镜等仪器设备,研究长时服役后T91/TP347H异种钢接头的性能。结果表明:该异种钢接头薄弱区在T91熔合线处,该位置链状孔洞和脱碳层的形成大大弱化了力学性能,氧化缺口的形成加速了接头的开裂。异种钢接头各区域的冲击性能显著降低,其中焊缝冲击性能最低,实测仅为66 J。

T91-奥氏体不锈钢异种钢接头热处理工艺研究

为解决SA-213T91+SA-213TP347HFG异种钢接头因热处理温度高引起热膨胀应力过大而拉裂的问题,设计6种SA-213T91+SA-213TP347HFG异种钢对接接头焊后热处理工艺,对6组不同热处理工艺后的显微组织和力学性能试验进行对比分析。结果表明:不同热处理规范下接头力学性能皆合格,可满足工艺质量制造要求,模拟确定了此类异种钢接头允许的最低热处理规范为715℃×1.5h,优化了此类异种钢对接接头的热处理规范,也为现场服务或返修焊接时选取合理的热处理温度提供了参照。

T91钢管道现场焊接工艺执行不严格对焊口质量的影响分析

文中针对在现场检修及技改过程中,对T91钢管道焊接时出现的焊前不预热、层间温度不控制、热处理流程不规范等焊接工艺执行不严格的情况,经过对原因、焊缝组织、性能、使用情况的具体分析,指出工艺执行不严格对T91钢焊口质量的影响和存在的隐患,提出了可行的解决措施。并根据现场施工条件、工期要求、人员配合等方面具体情况,明确了现场T91钢焊接过程中必须要执行的焊接工艺、可采用其他方式完成的焊接工艺,以及条件不允许下能稍作调整的焊接工艺。

电站用T22及与T91管高温蒸汽氧化的失效分析

对T2 2、T91钢锅炉再热器管高温水蒸气氧化失效进行分析 ;利用能谱分析仪测试分析氧化皮截面合金元素的浓度变化。结果表明 :T2 2、T91钢管在高温蒸汽环境下产生的氧化皮恶化其传热性能 ,导致管壁有一定的超温现象 ;氧化皮可分为双层结构 ,内层为含Cr的保护性氧化膜 ,外层主要为Fe2 O3 氧化物 ,内外层之间存在着大量的细小空洞缺陷 ;外氧化层有较明显的剥落 ,剥落的外氧化层聚集在弯头处导致管壁的过热、过烧 。

高温服役138000h后T91钢显微组织结构分析

通过金相、碳复型萃取、TEM、EDS等方法对已运行138 000 h的T91钢的显微组织结构进行了分析,研究影响T91钢高温服役退化的因素。研究结果显示,运行138 000 h后的T91钢的组织结构发生了很大变化:(1)Laves相在晶界和板条界沉淀析出;(2)沉淀相M23C6和MX粗化;(3)Z相以消耗MX为代价在晶界和亚晶界沉淀析出并迅速长大;(4)回火马氏体发生回复,位错密度降低,亚晶块普遍粗化。Laves相的沉淀析出对T91钢长时高温运行后的性能下降作用不大,而沉淀相粗化导致强化效果下降,阻止亚晶长大的能力下降。另外,Z相的析出消耗掉大量沉淀强化相MX,导致回火马氏体发生回复,亚结构粗化,严重影响T91钢的高温蠕变断裂强度。

超超临界锅炉高温再热器T91/HR3C异种钢接头失效分析

在超超临界火电机组锅炉受热面管的高温段有许多异种钢接头,其焊接质量及性能直接影响机组的安全运行。对某3 033 t/h超超临界锅炉高温再热器T91/HR3C异种钢接头的失效试样进行了宏/微观分析。研究表明,失效部位在T91侧热影响区,裂纹沿管子周向分布,从外壁粗晶粒热影响区启裂,终止于细晶粒热影响区。焊后热处理不充分,T91侧热影响区组织不稳定和硬度高是异种钢接头失效的主要原因,建议再次进行焊后热处理以改善接头性能和消除焊接应力。此外,研究发现T91侧熔合线附近形成白亮的低硬度δ-铁素体,其对接头失效虽无直接影响,但对接头长期性能的影响需要进一步评估。

T23和T91高温过热器短时超温爆管的组织性能分析

某亚临界700MW机组锅炉T23和T91高温过热器服役近105 h时,发生短时超温爆管。为此,对其组织性能进行了试验。发现:T23微观组织明显异常,为铁素体+无位向碳化物,抗拉强度和硬度略有升高,而规定塑性延伸强度(Rp)却显著降低;T91微观组织略有变化,为细碎马氏体+微量碳化物,抗拉强度和硬度显著升高。研究表明,铁素体耐热钢制高温过热器短时超温爆管后,决定其相变后组织形态的主要因素是其随炉冷却速率,并非爆管后所喷射出的工质冷却速率。

T91钢服役过程中碳化物的熟化分析

通过碳化物的电解萃取、X衍射分析、能谱分析和透射电镜分析等方法,对不同服役时间的T91钢中的碳化物状态及变化进行了研究。结果表明,经长期高温高压作用后,T91钢中碳化物M23C6发生较显著的熟化。碳化物M23C6颗粒形态多由短条形变为球形,仍以板条界分布为主。同时发现碳化物M23C6的化学成分发生变化,Mo、Cr从基体中的固溶态转移到碳化物中的化合态,碳化物M23C4在T91钢中的含量显著增加,由此对碳化物熟化提出了一些新的见解。

T91钢高温高压水蒸汽氧化膜微观组织结构研究

利用扫描电镜和能谱仪对高温高压水蒸汽条件下的T91钢氧化层形貌和氧化膜成分进行观察和分析.结果表明:氧化层的外层主要是粗柱状晶组织,其根部为细等轴晶组织;内层是单相无晶界结构.在表面生成CrFe2O6氧化物的单相无晶界非晶体簿膜,它是在Cr、Fe与O的供应相对较充足的环境中,由直径约0.1～0.2 μm的纳米级CrFe2O6氧化物小粒子堆积而成;继续氧化时,在非晶体层表面生长出CrFe2O4氧化物晶体层,在该晶体层生长的初期,(Fe、Cr):O比与非晶体层一致,但Cr逐渐减少而Fe渐多,并且Fe、Cr离子在CrFe2O4氧化物晶体中严重缺位约37%.

T91钢高温水蒸汽氧化层形成机理研究

为了研究T91钢高温高压水蒸汽条件下锅炉管道内壁氧化层的形成机理 ,对T91钢锅炉再热器管内壁高温高压水蒸汽条件下的氧化层形貌进行观察 ,利用X Ray物相分析仪测试氧化层的物相结构。结果表明 :T91钢在高温高压水蒸汽环境下产生的氧化皮内层为极薄且含有大量阳离子空位的单相无晶界CrFe2 O4(阳离子空位约为 3 7% )非晶体结构 :中层为较厚的单相CrFe2 O4细等轴晶和在其上生长的粗柱状晶结构 :外层为Fe3 O4 Fe2 O3

T91钢组织退化行为及对高温持久强度的影响

通过原始T91管的高温时效试验和T91过热器爆管段的取样,分析T91钢在长期服役中的组织演变,包括亚结构、沉淀相等,研究组织退化对高温持久强度和硬度的影响。结果表明,T91钢在高温服役过程中的主要组织变化有:板条马氏体结构发生回复和再结晶,退化为等轴铁素体晶粒,位错密度降低,M23C6型碳化物粗化,Z相在老化末期析出;在等效600℃、0~10万h时效条件下,T91钢的显微组织和高温持久强度非常稳定。Z相析出以前就发生的M23C6粗化及板条亚结构退化为等轴晶是T91钢服役中持久强度降低和爆管的主要因素。T91显微组织退化导致持久强度和硬度的降低。

国产T91钢在高温受热面中的应用评价

为了解国产T91钢在高温受热面管服役时组织性能变化规律,通过对国产T91钢原始材质的检验及在发电机组中高温锅炉管的挂样试验,定期取样进行拉伸、冲击、硬度、持久、微观组织等试验,持续跟踪了高温受热面服役环境下国产T91钢的材质组织性能变化。对合金化原理、强化机理及服役过程中的退化机理进行初步讨论。结论表明:国产T91钢原始材质与进口材质相当,具有良好的强塑性以及强韧性;在高温受热面环境下,固溶强化、位错强韧化、沉淀强化等复合强化有效地保障了高温高压环境下组织性能的稳定;长时间运行后表现为位错密度降低、亚晶的形成、碳化物的粗化、Laves相、Z相的析出等共同作用,导致强化效果的减弱从而材质退化。

T91铁素体耐热钢过冷奥氏体转变过程中临界冷却速度的研究

利用DIL805A/D高精度差分膨胀仪,通过线膨胀行为测量与微观组织分析,获得T91铁素体耐热钢连续冷却转变过程中相关动力学信息,结合冷却后T91钢组织特征,确定了T91钢过冷奥氏体转变过程中的临界冷却速度。研究表明：T91钢过冷奥氏体连续冷却过程中只存在铁素体和马氏体转变区,而不出现贝氏体和珠光体转变。在冷却速度为10K/min时该钢获得完全板条马氏体组织,9K/min时组织中开始出现铁素体,即10K/min可以定为T91钢奥氏体向马氏体转变的上临界冷却速度;当冷却速度介于3-9K/min时为马氏体和铁素体的混合组织,冷却速度为2K/min时T91钢中不存在马氏体转变,室温组织为铁素体,即2K/min可以定为T91钢奥氏体向马氏体转变的下临界冷却速度。

T91铁素体耐热钢强化新途径

T91钢以其优异的综合性能成为高Cr铁素体耐热钢的代表钢种,被广泛应用于超临界发电厂锅炉管道上,同时也是开发更高使用温度的铁素体耐热钢材的研究基准。为进一步提高其耐热温度进而提高电厂热效率,在对T91钢组织结构及强化机理深入分析的基础上,探讨了形变热处理工艺通过优化组织来提高其性能的可行性,指出了高Cr铁素体耐热钢新的研究方向。

T91钢管瞬时液相扩散焊接

用FeNiCrSiB非晶合金箔作中间层 ,氩气保护 ,对T91钢管进行了瞬时液相扩散连接。通过正交试验的方法研究了工艺参数对接头组织和性能的影响 ,分析了TLP连接接头的显微组织、力学性能和元素分布 ,确定出了合适的连接工艺参数。研究表明 ,在合适的工艺参数下 ,焊缝为成分与基体相似的固溶体 ,且没有沉淀相 ,可以获得良好的性能。研究出的最佳工艺为 :连接温度 1 2 5 0℃ ,中间层为FeNiSiB非晶合金箔 ,等温凝固时间 3min ,压力 6MPa。

T91钢老化后组织与性能研究

研究了T91钢经加速老化后的组织与性能的变化。结果表明,随老化温度、时间、载荷的增加,形成的碳化物网越来越严重,材料的抗拉强度、冲击韧性、硬度下降。经老化后T91钢中的碳化物颗粒粗化且向晶界聚集,晶内碳化物减少。与原材料相比,老化后T91钢试样的冲击断口的准解理区域明显增大。

T91/12Cr1MoV异质接头焊接残余应力模拟与分析

T91/12Cr1MoV异质接头广泛应用于热电厂主蒸汽管线。由于母材及焊材金属性能的差异,导致该异质接头中会产生较大的焊接残余应力,常常会引起早期失效。利用有限元软件ABAQUS,采用热力顺次耦合的计算程序,对主蒸汽管中T91/12Cr1MoV异质接头的焊管外表面和熔合线方向的焊接残余应力分布进行了模拟,并分析了焊后热处理对焊接残余应力的影响。结果表明,热处理前,焊接残余应力峰值位于管道外表面焊缝两侧的焊接热影响区,其中,以T91侧热影响区的应力峰值最高。焊后热处理可以有效降低焊接热影响区的残余应力峰值,且对12Cr1MoV侧热影响区残余应力的改善效果明显优于T91侧热影响区。

我国P91／T91钢生产及其性能的现状与进展

P91/T91钢具有优异的高温强度,在电站、石油化工工业中具有广泛的应用前景;对国内该钢的力学性能、冶炼与热处理工艺和同种钢、异种钢的焊接工艺等方面进行了综述。目前国产钢的力学性能可满足ASTM标准,蠕变性能与ASTM标准值基本相当,焊接接头的疲劳性能优异;但该钢特别是焊接接头的长时高温性能仍需进一步进行研究和改进。

冷却速度对T91相变速度和产物的影响

本文研究了T91钢冷却过程中,不同冷却速度(10k/min(200k/min)对相变速度和产物的影响。研究表明不同的冷却速度生成的组织差别较大,在较低速冷却下(10k/min和30k/min)的组织为较多的先共析铁素体和板条马氏体,中速冷却(30k/min和50k/min)基本都为板条马氏体,在较高速冷却过程中(100k/min和200k/min)组织中除了板条马氏体还出现了片状马氏体,另外冷却速度还影响了相变开始点和相变速度。