基于EBSD技术的P91钢蠕变行为表征

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1、分类号：ＴＧ１７４．４１学校代码０６９７：１密级：公开学号：２０１５２０６９９ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ６５５士字位论文＇ＳＤＭＡＳＴＥＲＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ基于ＥＢＳＤ技米的Ｐ９１钢蠕变行为表征学科名称：化工过程机械作者：郭苗苗指导老师：刘新宝教授西北大学学位评定委员会二〇—八年CharacterizationofcreepbehaviorofP91steelusingEBSDtechniqueAthesissubmittedtoNorthw

2、estUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinChemicalProcessEquipmentByMiaomiaoGuoSupervisor:XinbaoLiuProfessorJune2018摘要摘要P91马氏体耐热钢是目前超（超）临界火力发电机组关键部件的主要用材，长期服役于高温高压的环境下，势必会产生蠕变损伤并伴随着材料内部微观组织的演化，最终导致构件结构完整性劣化。因而，研究P91钢的蠕变损伤机制，对准确预测材

3、料的安全状态和蠕变剩余寿命十分关键，同时也是保证超（超）临界火电机组构件安全运行的迫切要求。本文以P91钢为研究对象，首先，在600℃和620℃条件下进行高温单轴拉伸试验，得到相应温度下材料的相关力学性能。随后在给定条件下分别进行高温蠕变持久试验和蠕变间断试验，以得到蠕变数据和蠕变损伤试样。最后利用电子背散射衍射（ElectronBack-ScatteredDiffraction,EBSD）技术和硬度检测技术对蠕变试样的损伤行为进行了评价，取得的主要成果如下：（1）利用高温单轴拉伸试验得到P91钢在600℃和620

4、℃条件下的相关力学性能，例如抗拉强度σb、弹性模量E、屈服强度σ0.2和延伸率δ；通过高温蠕变持久试验获得P91钢在600℃、165MPa和620℃、145MPa条件下的完整蠕变曲线、蠕变断裂时间和断裂应变，蠕变断裂时间分别为219h和110h，断裂应变分别为0.296和0.332；通过蠕变间断试验，制备出了不同蠕变状态下的损伤试样。（2）利用EBSD技术对蠕变损伤试样进行精细化分析，主要包括晶体取向分布图、晶界分布图和小角度晶界处几何必需位错密度（geometricallynecessarydislocation

5、s，GNDs），结果表明，晶粒取向表明晶粒在蠕变过程中存在一定程度的塑性变形；小角度边界的数量在蠕变过程中随着应变的累积和蠕变机制的影响先上升后下降；小角度晶界处GNDs密度在蠕变过程中先迅速上升，在最小蠕变率处达到极值后缓慢下降，直到最后基本保持不变,与小角度边界数量的变化基本上一致。（3）利用相关EBSD损伤评价参数并结合硬度测量进行了系统分析，其中，等效晶粒尺寸能够反应材料蠕变过程中晶粒的粗化现象；局域取向差可以反应损伤过程中材料微观塑性应变的变化；硬度可以反应可动位错密度、析出相粗化以及材料力学性能的变化。

6、结果表明，在同一服役条件下，随着蠕变的进行和应变的累积，等效晶粒尺寸一直在增大，局域取向差先上升后下降，硬度一直下降，且硬度与等效晶粒尺寸之间的关系符合Hall-Petch公式。I西北大学硕士学位论文关键词：P91钢，高温蠕变，电子背散射衍射技术，晶体取向，几何必需位错IIABSTRACTABSTRACTAstheprimarymaterialofkeycomponentsinultra-supercriticalthermalpowerplantsforages,theheat-resistantP91steel

7、withtemperedmartensiteissubjectedtoelevatedtemperatureandhighpressureoveralongperiod.Undertheseconditions,creepdamageofthesecomponentswiththeevolutionofmicrostructuresinevitablyoccurs,whichresultinginthedeteriorationofstructuralintegrityofcomponents.Therefore,

8、itisverynecessarytostudythecreepdamagemechanism,inordertopredicttheresidualcreeplifeaccuratelyandensurethesafeoperationofultra-supercriticalthermalpowerplants.Inthispaper,theprinci