目录
摘 1
关键词 1
正文 1
高铬耐热钢发展历程…… 1
高铬耐热钢组织结构强化机理 2
高铬耐热钢性退化失效 3
结语 5
参考文献 6
高铬耐热钢开发
摘 高铬耐热合金钢典型马氏体钢 突出抗蠕变性良抗腐蚀高温抗氧化力热电厂广泛应文材料发展性组织结构应实践等侧面反映高铬耐热合金钢目前研究应概况发展趋势
关键词 高铬耐热合金钢 显微组织 性 马氏体 失效
正文
众周知 通提高蒸汽温度压力提高热效率现代热电厂发展方满足实际需 年 冶金电力行业直致力新型耐热钢研究开发 特铬含量9 ~ 12 高铬耐热钢发展该系列耐热钢高强韧性抗蠕变性 良抗高温氧化抗腐蚀性关注 成热电厂中设备材选更新换代材料
1 高铬耐热钢发展历程
高铬耐热钢已百年历史含铬( 12 )少量钼钒等元素耐热合金钢具高蠕变强度 早作喷气式发动机材料马氏体相变导致成焊接脆断问题直50 年代中期解决 种耐热钢50 年代开始应热电厂蒸汽道
年 电力行业断通提高蒸汽温度压力进步提高热效率 势必导致传统材料制造蒸汽线集箱等部件道壁厚增加道壁厚增加仅焊接弯制作热处理等带困难 限制运行期间生产操作灵活性 开车停车程中温度梯度限定求更加严格果增加道壁厚 求选材更高蠕变强度良抗氧化性加工工艺性等 满足电力工业发展需 开发新型耐热钢已成冶金行业面务
80 年代前 国际现耐热钢基础 通材料性显微组织进行深入实验研究 解材料强韧化机理种合金元素作材料性退化相关显微结构变化工艺性等明确现钢种应中存问题原 通调整材料合金元素组分添加微量合金元素等 开发系列新型高铬( 9 ~ 12 ) 马氏体耐热钢 制造电厂部件 适应高温度求
新型高铬耐热钢应仅节约源 提高电厂效益 减少20 CO2 排放量利环境保护新材料蠕变强度强韧性断裂韧性抗疲劳力等提高外 焊接等工艺性明显改善 延长电厂设备修周期缩短检修时间提高安全运行性 电厂运行成降低效率提高
2 高铬耐热钢组织结构强化机理
高合金含量固溶强化提高耐热钢强度具定效果 高铬耐热钢般采细弥散第二相粒子强化提高强度细弥散第二相粒子提高材料强度时 起钉扎位错阻碍位错运动 进步提高耐热钢强度作然种高铬耐热钢碳含量 材料相变点热处理材料力学性存定差异 耐热钢般具相似组织结构 淬火+ 回火处理典型含高密度位错板条马氏体 图1 示图中见 晶界马氏体板条界碳化物沉淀 晶弥散碳氮化合物金属元素 X 非金属元素CN 等) 起沉淀强化作
图1 长期高温失效X20CrMoV121 1 耐热钢显微组织
高铬耐热钢组织结构研究结果表明 种类型稳态亚稳态碳化物出现材料中材料热处理条件细弥散MX M2X 沉淀强化马氏体板条界形成稳定M23C6碳化物该类合金钢具高蠕变强度原
完全马氏体组织 开发铬含量
9 马氏体钢该钢温度高达600 e 105 h 时 断裂强度100 MPa 强度水已接奥氏体钢相图(图2)出 铬具缩奥氏体区作铬含量9 左右时 APC相转变温度区间较窄 够完全奥氏体化铬含量超12 时 APC相转变温度区间宽 难完全奥氏体化 易完全马氏体组织
铬含量9 新型耐热合金钢P91PT91P92PT 92E911 等 合金元素CCrMo Mn 等成分例进行调整 加入WNbBN 等微量元素 杂质元素 PSSi Al 等含量作出严格限制 材料性达佳化研究结果表明 碳含量降低然强度影响 利加工焊接 添加微量元素WNb V利生成M2XMX 等二次强化沉淀相 提高材料强度外 B 具强化晶界作 添加定含量氮材料蠕变强度明显利研究P91PT91 钢性组织结果表明 增加微量元素提高材料蠕变强度关键P92PT92 E911 钢P91PT 91 钢合金含量相 钨含量增加1 材料蠕变强度明显改善钨具显著固溶强化作 外 钨添
加 降低碳化物粗化速率 时助改善材料焊接性
种高铬耐热钢 化学成分差异 显微组织少显微结构进行较研究 认铬含量12 耐热钢淬火+ 回火呈现典型马氏体组织 含定量铁素体 称马氏体铁素体钢钢中添加微量元素Nb N 基体位错密度提高二次沉淀相分布晶界外 晶界富含Nb V M2X MX碳氮化物沉淀 现象认该钢相钢蠕变强度明显提高原P92PT 92 钢E911 钢中增加1 W 少量B 前面提原材料蠕变强度进步提高
3 高铬耐热钢性退化失效
数十年 高铬耐热钢广泛应热电厂高温高压蒸汽线高温部件材料长期处高温高压等恶劣环境条件 材料性退化失效避免
热电厂材料失效造成许事通常制造阶段运行程中违反相关规程引起 铬含量12 左右耐热钢部件性特殊性更容易出现问题损伤原分析结果表明 制造程中热处理引起鉴相转变特点 X20 钢高含铬量蠕变强度热处理条件十分敏感 热处理热处理程中严格执行工艺制度 均会显著降低材料蠕变强度实验研究结果表明 热处理组织非完全马氏体组织晶粒粗 固溶处理时M23C6 未溶解 M23 C6球化严重 易形成DFe AFe 显著影响材料蠕变强度需强调 热处理材料力学性般满足相关标准求
材料进行显微组织分析发现样 果P91PT91 钢热处理会致材料失效
高铬耐热钢蒸汽道长期运行 材质会发生定损伤 表现特征性退化材料铬含量关总 材料长期高温 常温会出现程度脆化现象成分热处理工艺 种铬含量耐热钢性劣化程度相应显微组织退化程度定差异相应组织退化表现位错滑移攀移构成发达亚结构 图3 示铬含量12 耐热钢脆化现象害元素晶界偏聚关 诸PSn As等晶界偏聚均会降低晶界结合强度值注意 存现象 电力行业常规采硬度检查法该材料适高铬耐热钢长期高温服役 材料力学性会发生程度退化 相应显微组织般表现位错密度降 第二相碳化物粗化显微结构方面明显变化稳定细弥散沉淀强化相MX M2 X碳氮化合物发生溶解 晶界碳化物粗化 M23C6 中铬元素富集
图3 长期高温失效X20CrMoV121 1 耐热钢亚结构
显微组织观察结果表明 长期高温时效条件 碳化物粗化球化细弥散强化相溶解结构碳化物转化基体中合金元素定程度产生贫化 杂质元素弱化晶界等作 会造成材料蠕变强度明显降 缩短
寿命
4 结 语
高铬耐热合金钢特高温性引起广泛关注淬火+ 回火马氏体组织合金碳化物M23 C6 晶界沉淀稳定结构细弥散相强化作该系列耐热钢具强韧性较高蠕变强度良抗高温氧化性 电力行业已成设备代材料着现代化热电厂发展技术更新 追求热效率断提高蒸汽温度压力趋势 该系列耐热钢应越越广泛外 该系列耐热钢组织结构特点 决定加工方面特殊性 需材料选相关设备运行中予高度重视
参考文献
1 中国科学 E 1997 1( 27) 2327
2韩静涛 赵 钢 曹起骧 20MnMo 钢修复现象发现金属组织变化[ J] 金属学报 1996 32( 7) 723729
3 韦东滨 韩静涛 谢建新 等 热塑性变形条件钢部裂纹愈合实验研究[ J] 金属学报 2000 36( 6) 622625
4韦东滨 韩静涛 谢建新 等 真空环境中钢中裂纹高温愈合[ J] 金属学报 2000 36( 7) 713717
5 高克玮 乔利杰 褚武杨 Fe 单晶中裂纹愈合程中TEM原位观察[ J] 金属学报 2001 37( 2) 118120
6徐永东 张文兴 柴东朗 材料裂纹型损伤愈合程观测[ J] 宇航材料工艺 2001 3 37 41
7 Meyers M A Witman C L Eff ect of Met allurgical Param eters on
S hear Band Formation in Low Carbon St eel [ J] Met al T rans1990 21A 31533159
8Wang Lichen Zhou Zhigang A New Smart Mat erial Mult ilayerPTC Therm ist or [ J] IEEE T ransA 1995 ( 18) 249253
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摘 1
关键词 1
正文 1
高铬耐热钢发展历程…… 1
高铬耐热钢组织结构强化机理 2
高铬耐热钢性退化失效 3
结语 5
参考文献 6
高铬耐热钢开发
摘 高铬耐热合金钢典型马氏体钢 突出抗蠕变性良抗腐蚀高温抗氧化力热电厂广泛应文材料发展性组织结构应实践等侧面反映高铬耐热合金钢目前研究应概况发展趋势
关键词 高铬耐热合金钢 显微组织 性 马氏体 失效
正文
众周知 通提高蒸汽温度压力提高热效率现代热电厂发展方满足实际需 年 冶金电力行业直致力新型耐热钢研究开发 特铬含量9 ~ 12 高铬耐热钢发展该系列耐热钢高强韧性抗蠕变性 良抗高温氧化抗腐蚀性关注 成热电厂中设备材选更新换代材料
1 高铬耐热钢发展历程
高铬耐热钢已百年历史含铬( 12 )少量钼钒等元素耐热合金钢具高蠕变强度 早作喷气式发动机材料马氏体相变导致成焊接脆断问题直50 年代中期解决 种耐热钢50 年代开始应热电厂蒸汽道
年 电力行业断通提高蒸汽温度压力进步提高热效率 势必导致传统材料制造蒸汽线集箱等部件道壁厚增加道壁厚增加仅焊接弯制作热处理等带困难 限制运行期间生产操作灵活性 开车停车程中温度梯度限定求更加严格果增加道壁厚 求选材更高蠕变强度良抗氧化性加工工艺性等 满足电力工业发展需 开发新型耐热钢已成冶金行业面务
80 年代前 国际现耐热钢基础 通材料性显微组织进行深入实验研究 解材料强韧化机理种合金元素作材料性退化相关显微结构变化工艺性等明确现钢种应中存问题原 通调整材料合金元素组分添加微量合金元素等 开发系列新型高铬( 9 ~ 12 ) 马氏体耐热钢 制造电厂部件 适应高温度求
新型高铬耐热钢应仅节约源 提高电厂效益 减少20 CO2 排放量利环境保护新材料蠕变强度强韧性断裂韧性抗疲劳力等提高外 焊接等工艺性明显改善 延长电厂设备修周期缩短检修时间提高安全运行性 电厂运行成降低效率提高
2 高铬耐热钢组织结构强化机理
高合金含量固溶强化提高耐热钢强度具定效果 高铬耐热钢般采细弥散第二相粒子强化提高强度细弥散第二相粒子提高材料强度时 起钉扎位错阻碍位错运动 进步提高耐热钢强度作然种高铬耐热钢碳含量 材料相变点热处理材料力学性存定差异 耐热钢般具相似组织结构 淬火+ 回火处理典型含高密度位错板条马氏体 图1 示图中见 晶界马氏体板条界碳化物沉淀 晶弥散碳氮化合物金属元素 X 非金属元素CN 等) 起沉淀强化作
图1 长期高温失效X20CrMoV121 1 耐热钢显微组织
高铬耐热钢组织结构研究结果表明 种类型稳态亚稳态碳化物出现材料中材料热处理条件细弥散MX M2X 沉淀强化马氏体板条界形成稳定M23C6碳化物该类合金钢具高蠕变强度原
完全马氏体组织 开发铬含量
9 马氏体钢该钢温度高达600 e 105 h 时 断裂强度100 MPa 强度水已接奥氏体钢相图(图2)出 铬具缩奥氏体区作铬含量9 左右时 APC相转变温度区间较窄 够完全奥氏体化铬含量超12 时 APC相转变温度区间宽 难完全奥氏体化 易完全马氏体组织
铬含量9 新型耐热合金钢P91PT91P92PT 92E911 等 合金元素CCrMo Mn 等成分例进行调整 加入WNbBN 等微量元素 杂质元素 PSSi Al 等含量作出严格限制 材料性达佳化研究结果表明 碳含量降低然强度影响 利加工焊接 添加微量元素WNb V利生成M2XMX 等二次强化沉淀相 提高材料强度外 B 具强化晶界作 添加定含量氮材料蠕变强度明显利研究P91PT91 钢性组织结果表明 增加微量元素提高材料蠕变强度关键P92PT92 E911 钢P91PT 91 钢合金含量相 钨含量增加1 材料蠕变强度明显改善钨具显著固溶强化作 外 钨添
加 降低碳化物粗化速率 时助改善材料焊接性
种高铬耐热钢 化学成分差异 显微组织少显微结构进行较研究 认铬含量12 耐热钢淬火+ 回火呈现典型马氏体组织 含定量铁素体 称马氏体铁素体钢钢中添加微量元素Nb N 基体位错密度提高二次沉淀相分布晶界外 晶界富含Nb V M2X MX碳氮化物沉淀 现象认该钢相钢蠕变强度明显提高原P92PT 92 钢E911 钢中增加1 W 少量B 前面提原材料蠕变强度进步提高
3 高铬耐热钢性退化失效
数十年 高铬耐热钢广泛应热电厂高温高压蒸汽线高温部件材料长期处高温高压等恶劣环境条件 材料性退化失效避免
热电厂材料失效造成许事通常制造阶段运行程中违反相关规程引起 铬含量12 左右耐热钢部件性特殊性更容易出现问题损伤原分析结果表明 制造程中热处理引起鉴相转变特点 X20 钢高含铬量蠕变强度热处理条件十分敏感 热处理热处理程中严格执行工艺制度 均会显著降低材料蠕变强度实验研究结果表明 热处理组织非完全马氏体组织晶粒粗 固溶处理时M23C6 未溶解 M23 C6球化严重 易形成DFe AFe 显著影响材料蠕变强度需强调 热处理材料力学性般满足相关标准求
材料进行显微组织分析发现样 果P91PT91 钢热处理会致材料失效
高铬耐热钢蒸汽道长期运行 材质会发生定损伤 表现特征性退化材料铬含量关总 材料长期高温 常温会出现程度脆化现象成分热处理工艺 种铬含量耐热钢性劣化程度相应显微组织退化程度定差异相应组织退化表现位错滑移攀移构成发达亚结构 图3 示铬含量12 耐热钢脆化现象害元素晶界偏聚关 诸PSn As等晶界偏聚均会降低晶界结合强度值注意 存现象 电力行业常规采硬度检查法该材料适高铬耐热钢长期高温服役 材料力学性会发生程度退化 相应显微组织般表现位错密度降 第二相碳化物粗化显微结构方面明显变化稳定细弥散沉淀强化相MX M2 X碳氮化合物发生溶解 晶界碳化物粗化 M23C6 中铬元素富集
图3 长期高温失效X20CrMoV121 1 耐热钢亚结构
显微组织观察结果表明 长期高温时效条件 碳化物粗化球化细弥散强化相溶解结构碳化物转化基体中合金元素定程度产生贫化 杂质元素弱化晶界等作 会造成材料蠕变强度明显降 缩短
寿命
4 结 语
高铬耐热合金钢特高温性引起广泛关注淬火+ 回火马氏体组织合金碳化物M23 C6 晶界沉淀稳定结构细弥散相强化作该系列耐热钢具强韧性较高蠕变强度良抗高温氧化性 电力行业已成设备代材料着现代化热电厂发展技术更新 追求热效率断提高蒸汽温度压力趋势 该系列耐热钢应越越广泛外 该系列耐热钢组织结构特点 决定加工方面特殊性 需材料选相关设备运行中予高度重视
参考文献
1 中国科学 E 1997 1( 27) 2327
2韩静涛 赵 钢 曹起骧 20MnMo 钢修复现象发现金属组织变化[ J] 金属学报 1996 32( 7) 723729
3 韦东滨 韩静涛 谢建新 等 热塑性变形条件钢部裂纹愈合实验研究[ J] 金属学报 2000 36( 6) 622625
4韦东滨 韩静涛 谢建新 等 真空环境中钢中裂纹高温愈合[ J] 金属学报 2000 36( 7) 713717
5 高克玮 乔利杰 褚武杨 Fe 单晶中裂纹愈合程中TEM原位观察[ J] 金属学报 2001 37( 2) 118120
6徐永东 张文兴 柴东朗 材料裂纹型损伤愈合程观测[ J] 宇航材料工艺 2001 3 37 41
7 Meyers M A Witman C L Eff ect of Met allurgical Param eters on
S hear Band Formation in Low Carbon St eel [ J] Met al T rans1990 21A 31533159
8Wang Lichen Zhou Zhigang A New Smart Mat erial Mult ilayerPTC Therm ist or [ J] IEEE T ransA 1995 ( 18) 249253
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