P92鋼高溫蠕變行為與斷口形貌組織分析-論文.pdf

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1、科技創(chuàng)新與應(yīng)用l2013年第31期工業(yè)技術(shù)P92鋼高溫蠕變行為與斷口形貌組織分析劉學(xué)杜占輝z王曉。胡蘇陽(yáng)(1、華電重工股份有限公司，北京1000772、中油管道物資裝備總公司，河北廊坊0650003、電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))，北京102206)摘要：在600℃、650％不同應(yīng)力水平下完成P92鋼的高溫蠕變?cè)囼?yàn)，觀察了蠕變斷裂后斷口的微觀結(jié)構(gòu)，利用冪律關(guān)系式擬合出了應(yīng)力指數(shù)n，并計(jì)算出損傷容許量系數(shù)。研究表明，蠕變斷裂時(shí)間與加速蠕變階段開(kāi)始時(shí)間的比值范圍在1．41~1．82。根據(jù)應(yīng)力指數(shù)n及損傷容許量系數(shù)，引起蠕變加速及最終斷裂原因是由于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)

2、。應(yīng)力指數(shù)n隨著溫度的升高呈下降趨勢(shì)，是由于位錯(cuò)密度的降低和Laves相的形成所致。微觀斷口具有明顯的韌窩斷裂特性。部分韌窩底部存在第二相粒子~Laves相的析出強(qiáng)化是影響蠕變穩(wěn)定性的主要因素。溫度水平較高時(shí)，Laves相的快速析出降低了住錯(cuò)密度l，使得蠕變斷裂強(qiáng)度下降，加速了蠕變斷裂。關(guān)鍵詞：P92鋼；蠕變；斷口形貌；微觀結(jié)構(gòu)。1概述℃，應(yīng)力水平為120～185MPa。在掃描電鏡上對(duì)斷口形貌進(jìn)行觀察。能源需求、環(huán)境保護(hù)導(dǎo)致的電站鍋爐高參數(shù)、大容量的發(fā)展趨3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論勢(shì)，使得鍋爐管用鋼的研究與開(kāi)發(fā)向著高性能、低成本進(jìn)行。目前在3．1蠕變?cè)囼?yàn)分析日本和歐洲，各國(guó)對(duì)用于超超臨

3、界發(fā)電機(jī)組的9％一12％Cr鐵素體耐3．1．1蠕變曲線熱鋼的研究十分廣泛，該系列鋼種以其優(yōu)良的綜合性能被世界上高圖1所示為典型P92鋼蠕變過(guò)程曲線，具有蠕變的三個(gè)階段，蒸汽參數(shù)發(fā)電機(jī)組廣泛采用。P92鋼(9Cr一0．5Mo一1．8WVNb)作為其即初始蠕變階段，穩(wěn)態(tài)蠕變階段，加速蠕變階段。圖1中t為蠕變斷代表鋼種，是在對(duì)T／P91鋼改進(jìn)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的適用于更高溫度和裂時(shí)間，t為加速蠕變階段開(kāi)始時(shí)間。更高蠕變斷裂強(qiáng)度的9Cr型F／M類(lèi)鋼l1l。該鋼種屬于典型的采用“多根據(jù)文獻(xiàn)【5】，通過(guò)tf與t比值可判斷導(dǎo)致蠕變速率增加的原元復(fù)合強(qiáng)化”理論設(shè)計(jì)出的鋼種，其成分構(gòu)成中既有固溶強(qiáng)化

4、元素因。本試驗(yàn)中的范圍在1．41～1．82，與文獻(xiàn)[5]實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。因W、Mo，也有沉淀強(qiáng)化元素Nb、V，還引用了N、B元素以進(jìn)一步提高此。可以認(rèn)為本試驗(yàn)中空位導(dǎo)致的裂紋的形成與擴(kuò)展是加速蠕變階鋼的高溫持久強(qiáng)度。研究表明，P92鋼具有良好的物理性能、高溫蠕段蠕變速率增加的主要原因。變斷裂強(qiáng)度、優(yōu)異的常溫沖擊韌性、以及優(yōu)良的抗氧化性，是超(超)3．1．2穩(wěn)態(tài)蠕變速率與應(yīng)力的關(guān)系臨界火電機(jī)組鍋爐集箱以及應(yīng)用于極苛刻蒸汽條件下的主蒸汽和材料的蠕變性能可用穩(wěn)態(tài)蠕變速率表示。溫度一定時(shí)，多數(shù)金再熱蒸汽管道等管件的首選用鋼之一。屬在高溫下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率與應(yīng)力的關(guān)系可用冪律表示：目前

5、美、日、德等國(guó)家已對(duì)P92鋼進(jìn)行全面試驗(yàn)研究以積累足=Aa”(1)夠的制造以及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。研究主要集中在焊接工藝方面，對(duì)其工藝其中：為穩(wěn)態(tài)蠕變速率(最小蠕變速率)；n為應(yīng)力指數(shù)；盯為施性能、力學(xué)性能、蠕變性能的研究工作也在逐步完善[2-31。近年來(lái)，隨加應(yīng)力；A為與材料和溫度相關(guān)的常數(shù)。著超超臨界機(jī)組的投運(yùn)，我國(guó)對(duì)P92鋼的冶煉、焊接、熱壓成形、熱圖2為穩(wěn)態(tài)蠕變速率與應(yīng)力的關(guān)系，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，兩者之間處理工藝進(jìn)行了系列的研究，并初步掌握了超超臨界機(jī)組P92鋼管具有良好的線性關(guān)系。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，600oC、650oC下應(yīng)力指件設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)超超臨界機(jī)組P92鋼

6、及其管件的數(shù)分別為16．8、15．2。根據(jù)文獻(xiàn)[6】，可用n值判斷金屬材料的蠕變機(jī)國(guó)產(chǎn)化積累了經(jīng)驗(yàn)，但有關(guān)P92鋼的長(zhǎng)期蠕變性能有待加強(qiáng)。本文理。當(dāng)應(yīng)力指數(shù)n值為1時(shí)，材料以空位擴(kuò)散的方式進(jìn)行蠕變。隨著在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)P92鋼的蠕變行為和斷裂試樣的斷口形貌組織應(yīng)力指數(shù)升高，第二相強(qiáng)化機(jī)制發(fā)生變化，主要以位錯(cuò)移動(dòng)方式進(jìn)進(jìn)行分析。行。應(yīng)力指數(shù)n在3—7之間時(shí)，蠕變過(guò)程中位錯(cuò)以攀移方式越過(guò)第2實(shí)驗(yàn)描述二相粒子；當(dāng)n值繼續(xù)增大時(shí)，位錯(cuò)將按照Orowan機(jī)制繞過(guò)第二相2．1實(shí)驗(yàn)材料粒子。本文得出應(yīng)力指數(shù)均遠(yuǎn)大于7，說(shuō)明蠕變主要以位錯(cuò)移動(dòng)方式試驗(yàn)選用的P92試樣為進(jìn)口商用P92，主要化

7、學(xué)成分和常溫力按照Orowan機(jī)制繞過(guò)第二相粒子。學(xué)性能見(jiàn)表1、表2。3．1．3穩(wěn)態(tài)蠕變速率與蠕變斷裂時(shí)間的關(guān)系表1化學(xué)成分表(wt％)蠕變斷裂時(shí)間可以反映材料的持久性能。Monkman—Grant公式通常被用于描述蠕變斷裂時(shí)間和穩(wěn)態(tài)蠕變速率的關(guān)系：毒：C(2)表2常溫力學(xué)性能其中：為穩(wěn)態(tài)蠕變速率(最小蠕變速率)；t為蠕變斷裂時(shí)間；c為常數(shù)。oo2／MPaob／MPa6／MPa／％A／J根據(jù)文獻(xiàn)【7】，C．Phaniraj等將^定義為Monkman—Grant韌性：4656601572208=，MGD(