回火热处理对T91耐热钢持久性能的影响及持久过程中的微观组织演

上海交通大学

硕士学位论文

回火热处理对T91耐热钢持久性能的影响及持久过程中的微观组

织演变

姓名：杨成玉

申请学位级别：硕士

专业：材料学

指导教师：王起江;张澜庭

20090201

ABSTRACT

回火热处理对T91耐热钢持久性能的影响及持久过程中的微观

组织演变

摘 要

T91（10Cr9Mo1VNb）铁素体耐热钢是制造超超临界火力发电机组

的重要材料，其使用温度不超过620ºC。T91铁素体耐热钢用于制造超

超临界火力发电机组的锅炉本体、过热器和再热器，其使用温度不超过

600 ºC。

高温设备通常根据105h蠕变断裂强度计算的允许应力进行设计，并

可使用数十年。但是，最近一部分高Cr铁素体耐热钢在高温使用过程

中蠕变强度急剧下降，出现了意料之外的早期断裂现象，因此迫切希望

弄清早期断裂的机理，并考虑从热处理制度上加以控制。

本文考察了热处理制度对T91耐热钢组织及持久性能的影响，并对

长时高温持久过程中组织演变特别是析出相进行了研究。

通过对不同回火时间得到的样品在不同应力下进行持久，分别研究

其组织、形貌和亚结构，采用了碳复型，X射线能谱 (EDS)技术，并对

主要相的成分、尺寸、分布进行定量统计。发现：对T91而言，较长的

回火时间能够带来形核位置的增加，有利于Laves相在低应力下长时持

久的后续析出，从而带来M23C6的细化，有助于保持长时持久强度。但

是在更长的时间内，要考虑到Laves相增大增多可能造成的危害，以及

与M23C6细化带来的强化作用的综合效应，需对显微组织演变进行进一

步的观察。

高温持久过程中的组织演变研究中，在600℃长期持久试样中，发

ABSTRACT

现有成分与Z相接近的粒子存在，而在650℃长时持久样中，发现M2X

粒子的粗大化。但是即使在600℃下持久14185.15h的最长时样品中，

以及在更高温度650℃下持久12453.3h的样品中，仍然没有发现Z相的

存在。这说明Z相的形成，可能需要更长的持久时间。M2X粒子的粗

大化，以及某些成分与Z相接近的小粒子，表明Z相粒子可能正在形成。

关键词：回火时间，持久，Laves相，M23C6

ABSTRACT

ABSTRACT

In order to ensure the long-term stabilization of the steam power plant,

and to reduce the release of CO2, the development of heat resistant steels for

ultra-supercritical power plant is rather important. T91 is one kind of heat

resistant steel which shows excellent performance and has been successfully

used worldwide.

Components working at high temperatures are usually designed

according to the allowable stress calculated based on the 105 hours creep

strength, and can be used for more than 10 years. However, a sharp decrease

in rupture strength has recently been observed in some high Cr containing

ferritic heat resistant steels after long term exposure at high temperature,

which is unexpected in early understanding. Therefore it is necessary to

clarify the mechanism for this early rupture and to find out an appropriate

processing to overcome this problem.

In this thesis, the effect of tempering time on the microstructure and

rupture properties of T91 steel has been investigated. The microstructure

evolution especially the precipitates during long-term rupture has been

studied.

T91 steel was subject to tempering at 780oC for different period of time

and the rupture life at 625oC under different stresses was recorded.

Microstructures of the specimens before and after rupture were observed

under transmission microscope (TEM) using thin foils as well as carbon

replica. Composition of the precipitates was determined by energy

dispersive X-ray spectroscopy on TEM. Size and distribution of the

precipitates were analyzed quantitatively. For T91, a long tempering time

increases the amount of nuclei sites of Laves phase and promotes the

precipitation of Laves phase. Thus the size of M23C6 is decreased and is

beneficial to keep rupture strength. For even longer term, the integrative

ABSTRACT

impact of both the coarsening of Laves phase and the strengthening effect

from refinement of M23C6 should be taken into consideration.

In the specimens crept for more than 10,000 h at 600oC, particles with

similar metallic composition to the Z phase have been found. The M2X

particles have coarsened obviously in the specimens crept at 650oC.

However, even in the longest crept specimens (14185.15 h at 600oC and

12453.3 h at 650oC), no Z phase could be indentified. While Z phase’s

formation requires an even longer exposure time, the coarsening of M2X

particles and the particles with a similar composition to Z phase were

observed. This might indicate that the formation of Z phase is possibly in

progress.

Keywords: tempering time, creep, Laves phase, M23C6

上海交通大学

学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：杨成玉

日期： 年 月 日

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 超超临界发电技术

电力是安全、高效、清洁的二次能源，在国民经济中起着举足轻重的作用。

特别是在21世纪将是中国经济快速、稳定、持续发展的时期，经济的发展需要能

源工业尤其是电力工业有相应的发展，预计到2020年我国发电总装机容量将达到

11.86亿千瓦，超过美国跃居世界第一。但是由于我国在一次能源结构中以煤为主，

燃煤电机组装机容量仍将占70%以上。发展燃煤发电机组，必将带来巨大的环境压

力，因此，为了节约能源，减少CO2排放量，满足环境保护的要求，大容量、高参

数（高温、高压）超超临界机组代表了未来电站锅炉发展的趋势。同时随着超超临

界机组的发展也必将带动和迫切需要高压锅炉管新产品的发展[1] [2] 。

国际上通常把主蒸汽压力在28MPa以上或主汽、再热汽温在580°C以上的机

组定义为超超临界机组[3] ，按主蒸汽出口压力分类，压力大于22.0Mp …… 此处隐藏：3626字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……