火电厂锅炉用t91钢的时效特性与氧化行为的研究

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1、隶劫大·孥工程硕士学位论文火电厂锅炉用T91钢的时效特性与氧化行为的研究TheresearchofagingpropertiesandoxidationbehaviorofT91steelusedinpowerplantboilerAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYHuangJin—duSupervisedbyProf．XueFengJiangHe—shengSchoolofMaterialsScience&Engine

2、eringSoutheastUniversityJanuary2014东南大学学位论文独创性声明本人出明所罕交的学何论文是我个人在导师指导下进行的研究j：作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外．论文中不包含其他人已经发表或撰写过冉々研究成果，也不包含为获得尔南人学或其它教育机构的学位或证·¨而使川过的材料。与我一同I：作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作丁明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：印l忆多，里东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印

3、件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。～签建丝⋯獬火电厂锅炉用T91钢的时效特性与氧化行为的研究摘要电厂锅炉管用T91钢长期在高温和压力的作用下运行，组织发生老化，高温性能下降，进而导致钢材提前失效甚至发生爆管等事故，因而有必要对T91钢的相关的高温性能和寿命评估进行研究，对了解实际服役状态(高温、应力)

4、下钢中析出相的粗化具有重要的指导意义。本文针对T91钢的时效及蠕变试验、高温氧化动力学及析出相的粗化进行了系统的研究。对T91钢进行时效及蠕变(持久)试验，模拟其实际运行条件，通过组织观察和性能表征，分析了T91钢老化前后组织变化、力学性能及物理化学性能的变化，探索了T91钢的组织性能变化规律，并与其无应力环境下高温时效变化规律比较，对比其碳化物粗化程度，初步揭示了应力、时间与温度过程对T91钢高温组织的影响规律，总结了组织变化与材料性能的关系。研究了T91钢在空气环境中的高温氧化产物及其动力学行为，并对氧化层的成分与组织的变化规律进行了充分的

5、分析，同时从热力学角度对氧化行为进行理论分析。研究结果揭示：T91钢的初始组织为回火板条马氏体组织，并有细小的碳化物颗粒弥散分布于其间。在高温老化的过程中，T91钢中的回火马氏体组织发生回复，并最终出现块状铁素体组织，同时碳化物颗粒发生Ostwald熟化，粗化长大并偏聚于晶界，成为裂纹的发源地。在试验的基础上结合耐热钢寿命评估的方法对T91钢的寿命评估，确立了T91钢的组织变化的五个等级，推导出预测T91钢服役寿命的公式。T91钢时效的析出相主要是M23C6和MX碳(氮)化物，M23C6型碳化物粒子在板条界或板条内析出，多呈短条状；而MX型碳(

6、氮)化物粒子在马氏体板条内析出。通过对比试验可以发现应力和温度对T91钢在高温下的组织变化有明显的加速作用，即随着应力的增加及时效温度的升高，碳化物粗化的速度变快。热力学分析结果表明：800℃时效时，主要析出相为M23C6、MX。其中M23C6的平衡开始析出温度为855℃，MX的平衡开始析出温度为1200。C。还分析了C、Cr、Mo含量的变化对M23C6相平衡析出的影响以及N、Nb、V、C含量的变化对MX相平衡析出的影响。T91钢在空气以及实际运行中氧化时形成多层结构的氧化膜，由外到内依次为Fe203，Fe304SD(Fe，Cr)304。初步分

7、析了氧化层形成机理以及氧化层鼓泡及剥落原因。由于温度变化，钢基体与氧化层比容变化(热胀冷缩)的不同步，致使氧化层与钢基1东南大学硕士学位论文体间出现了鼓泡现象，导致产生垂直于界面的拉应力，拉应力集中又促使裂纹扩展，增大和加剧氧化层的鼓泡的范围。足够的拉应力导致该处氧化层外表面或内表面形成垂直于氧化层的裂纹。当裂纹穿透氧化层时，此处的氧化层最终就会剥落。关键词：T91钢；时效：组织老化；蠕变；氧化层：析出相火电厂锅炉用T91钢的时效特性与氧化行为的研究AbstractInthisthesis，therupturetesting，oxidation

8、kineticsandmicrostructuredegradationofagedT91steelwereinvestigated．Generall