T91钢管600℃长期时效后的组织及力学性能.doc

T91钢管600℃长期时效后的组织及力学性能 崔正强 上海发电设备成套设计研究院， 上海 200240 摘要本文研究了。结果表明：关键词；；；； T91钢是美国橡树岭国家实验室与燃烧工程公司联合开发研制成功的一种耐热合金钢，由于其具有比较高的耐疲劳强度、优异的抗氧化性能、热稳定性和抗蠕变性能，在我国的电站锅炉行业得到了广泛的应用，主要用制作金属最高壁温不超过600℃锅炉过热器和再热器管材。一般电站锅炉的使用寿命为10年，所以研究具有重要的意义。本文研究了。 采用光学金相显微镜观察的金相组织，采用，并用。 C Si Mn P S Ni Cr 实测值 0.10 0.31 0.38 0.016 0.001 0.05 8.31 ASME SA-213M T91 0.08～ 0.12 0.20～ 0.50 0.30～ 0.60 ≤0.020 ≤0.01 ≤0.40 8.00～ 9.50 元素 Mo V Nb N Al Ti Zr 实测值 0.94 0.20 0.07 0.0053 0.004 0.001 0.001 ASME SA-213M T91 0.85～ 1.05 0.18～ 0.25 0.06～ 0.10 0.03～ 0.07 ≤0.02 ≤0.01 ≤0.01 2试验结果及讨论 2.1金相组织分析 图1为。从图1可以看出， 图1 原始态及时效8000h后的金相组织 (a)原始态；（b） 2.2透射电镜和X射线衍射分析 图2是。从图2可以看出， 图2 (a)原始态；（b） 图2 (a)Laves相沿晶界析出明场相；（b） 2.3室温拉伸试验结果 表2是T91钢管时效前后的室温拉伸试验结果。从可以看出，。从可以看出，h Rel/MPa Rm/MPa A/% 0 575 715 32 3000 560 690 30 5000 555 685 29 8000 553 682 27 表3：T91钢管时效前后的的冲击性能试验结果 时效时间/h 0h 300h 5000h 8000h 冲击功/J 113、112、115 100、105、103 92、95、96 84、85、88 3分析及讨论 T91钢除了采用固溶强化和沉淀析出强化外，还通过微合金化、控轧、形变热处理及控冷获得高密度位错和高度细化晶粒，是一种多元复合强化、强度和韧性俱佳的耐热钢[1]。 T91钢管经正火+高温回火处理后，析出物主要为M23C6和MX型碳化物，M23C6多以短条形在板条界和原奥氏体晶界析出，MX型碳化物则多以细短条型在板条内析出，AlN也与碳化物一同参与了钢的弥散析出强化。此外T91钢还以Cr、Mo实现固溶强化和马氏体强化，升高马氏体的回复与再结晶温度，提高热强性。但由于Mo和Cr的碳化物形成热小，Mo和Cr等碳化物形成元素在高温长期时效时较易从基体固溶态向M23C6化合态转移，从而引起M23C6的Ostwald熟化。M23C6的Ostwald是耐热钢热稳定的重要标志，对T91耐热钢来说，碳化物形成元素如Mo和Cr在基体固溶态和碳化物化合态中分布的化学位之差是Ostwald熟化最重要的驱动力[2]。由此可知，T91钢中碳化物的Ostwald熟化过程主要受控于碳化物组成原子在基体与碳化物之间的迁移速度，亦即碳化物组成原子在基体中的扩散系数。众所周知，碳原子在α-Fe中的扩散是很快的，而Mo和Cr特别是Mo，高温长期时效时也很容易从基体向碳化物中转移，从而引发碳化物颗粒的Ostwald熟化。从不同结构的碳化物中合金元素构成来看，容易发生Ostwald熟化的碳化物是M23C6型;MX型则不易发生Ostwald熟化，因此T91钢通过降低碳含量到0.1%左右，并加入足够的强碳化物形成元素V、Nb, Zr, Ti等将碳原子牢牢地固定在碳化物中，以阻止Mo,Cr向碳化物中转移而延缓Ostwald熟化过程[3]，从而使T91钢具有良好的组织稳定性。 T91钢在600℃长期时效过程中,原在室温下稳定的金属组织、结构都会发生一定的变化如马氏体的分解，位错密度下降，亚晶形成及粗化，沉淀相粒子数量的增多、尺寸的变大及Laves相的析出等，这都会对材料的性能产生重大影响。其中碳化物的变化包括碳化物的成分、类型以及碳化物相粒子数量、尺寸、形态和分布状态等一系列变化，对材料性能产的影响尤为显著。时效时间较短时，碳化物的析出非常少，而Mo和Cr特别是Mo则会从基体向碳化物中转移，导致固溶强化效果减弱，抗拉强度和屈服强度降低。而随着时效时间的延长，虽然固溶强化效果会继续减弱，但碳化物的析出也会明显增多，析出强化作用开始变得比较显著，且Ostwald熟化不明显，所以抗拉强度和屈服强度变化不大[4]。此外，T91