P92钢高温蠕变行为与断口形貌组织分析-论文.pdf

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1、科技创新与应用l2013年第31期工业技术P92钢高温蠕变行为与断口形貌组织分析刘学杜占辉z王晓。胡苏阳(1、华电重工股份有限公司，北京1000772、中油管道物资装备总公司，河北廊坊0650003、电站设备状态监测与控制教育部重点实验室(华北电力大学)，北京102206)摘要：在600℃、650％不同应力水平下完成P92钢的高温蠕变试验，观察了蠕变断裂后断口的微观结构，利用幂律关系式拟合出了应力指数n，并计算出损伤容许量系数。研究表明，蠕变断裂时间与加速蠕变阶段开始时间的比值范围在1．41~1．82。根据应力指数n及损伤容许量系数，引起蠕变加速及最终断裂原因是由于位错的运动

2、。应力指数n随着温度的升高呈下降趋势，是由于位错密度的降低和Laves相的形成所致。微观断口具有明显的韧窝断裂特性。部分韧窝底部存在第二相粒子~Laves相的析出强化是影响蠕变稳定性的主要因素。温度水平较高时，Laves相的快速析出降低了住错密度l，使得蠕变断裂强度下降，加速了蠕变断裂。关键词：P92钢；蠕变；断口形貌；微观结构。1概述℃，应力水平为120～185MPa。在扫描电镜上对断口形貌进行观察。能源需求、环境保护导致的电站锅炉高参数、大容量的发展趋3实验结果及讨论势，使得锅炉管用钢的研究与开发向着高性能、低成本进行。目前在3．1蠕变试验分析日本和欧洲，各国对用于超超临

3、界发电机组的9％一12％Cr铁素体耐3．1．1蠕变曲线热钢的研究十分广泛，该系列钢种以其优良的综合性能被世界上高图1所示为典型P92钢蠕变过程曲线，具有蠕变的三个阶段，蒸汽参数发电机组广泛采用。P92钢(9Cr一0．5Mo一1．8WVNb)作为其即初始蠕变阶段，稳态蠕变阶段，加速蠕变阶段。图1中t为蠕变断代表钢种，是在对T／P91钢改进基础上开发出的适用于更高温度和裂时间，t为加速蠕变阶段开始时间。更高蠕变断裂强度的9Cr型F／M类钢l1l。该钢种属于典型的采用“多根据文献【5】，通过tf与t比值可判断导致蠕变速率增加的原元复合强化”理论设计出的钢种，其成分构成中既有固溶强化

4、元素因。本试验中的范围在1．41～1．82，与文献[5]实验结果基本一致。因W、Mo，也有沉淀强化元素Nb、V，还引用了N、B元素以进一步提高此。可以认为本试验中空位导致的裂纹的形成与扩展是加速蠕变阶钢的高温持久强度。研究表明，P92钢具有良好的物理性能、高温蠕段蠕变速率增加的主要原因。变断裂强度、优异的常温冲击韧性、以及优良的抗氧化性，是超(超)3．1．2稳态蠕变速率与应力的关系临界火电机组锅炉集箱以及应用于极苛刻蒸汽条件下的主蒸汽和材料的蠕变性能可用稳态蠕变速率表示。温度一定时，多数金再热蒸汽管道等管件的首选用钢之一。属在高温下的稳态蠕变速率与应力的关系可用幂律表示：目前

5、美、日、德等国家已对P92钢进行全面试验研究以积累足=Aa”(1)够的制造以及运行经验。研究主要集中在焊接工艺方面，对其工艺其中：为稳态蠕变速率(最小蠕变速率)；n为应力指数；盯为施性能、力学性能、蠕变性能的研究工作也在逐步完善[2-31。近年来，随加应力；A为与材料和温度相关的常数。着超超临界机组的投运，我国对P92钢的冶炼、焊接、热压成形、热图2为稳态蠕变速率与应力的关系，在对数坐标中，两者之间处理工艺进行了系列的研究，并初步掌握了超超临界机组P92钢管具有良好的线性关系。根据试验数据拟合，600oC、650oC下应力指件设计、制造、检验等技术，为实现超超临界机组P92钢

6、及其管件的数分别为16．8、15．2。根据文献[6】，可用n值判断金属材料的蠕变机国产化积累了经验，但有关P92钢的长期蠕变性能有待加强。本文理。当应力指数n值为1时，材料以空位扩散的方式进行蠕变。随着在实验的基础上，对P92钢的蠕变行为和断裂试样的断口形貌组织应力指数升高，第二相强化机制发生变化，主要以位错移动方式进进行分析。行。应力指数n在3—7之间时，蠕变过程中位错以攀移方式越过第2实验描述二相粒子；当n值继续增大时，位错将按照Orowan机制绕过第二相2．1实验材料粒子。本文得出应力指数均远大于7，说明蠕变主要以位错移动方式试验选用的P92试样为进口商用P92，主要化

7、学成分和常温力按照Orowan机制绕过第二相粒子。学性能见表1、表2。3．1．3稳态蠕变速率与蠕变断裂时间的关系表1化学成分表(wt％)蠕变断裂时间可以反映材料的持久性能。Monkman—Grant公式通常被用于描述蠕变断裂时间和稳态蠕变速率的关系：毒：C(2)表2常温力学性能其中：为稳态蠕变速率(最小蠕变速率)；t为蠕变断裂时间；c为常数。oo2／MPaob／MPa6／MPa／％A／J根据文献【7】，C．Phaniraj等将^定义为Monkman—Grant韧性：4656601572208=，MGD(