火电站用T92耐热钢工程服役退化研究

【摘要】T92钢是日本在20世纪80年代后期开发的,以9Cr-0.5Mo-1.8W为主要合金元素,V和Nb为微合金元素的铁素体钢。该钢种主要应用于制作蒸汽温度最高可达620℃的火力发电机组锅炉的过热器和再热器管道。我国于“十五”期间开始建设自己的超超临界发电机组,并成功研制了国产T92钢。目前,由于国产T92钢投入使用时间尚短,而且国内超临界机组在参数和温度选择上较高,运行调峰方式与国外也存在差异,导致对其长期运行服役后的组织与性能退化研究还不很深入。因此,本文以原始态及服役两年、三年后的某国产T92钢为试验对象,研究了其组织结构、力学性能和断裂机理等变化规律,并根据加速热老化后的硬度变化预测了T92钢的使用寿命,得出了如下结论。T92钢经1160℃正火加770℃回火热处理后,其金相组织为回火板条马氏体。原始态时的基本相组成是a-Fe相+M23C6型碳化物+MX碳氮化物,经高温服役两年及三年后,T92钢的主要相组成为：α-Fe+M23C6+MX+Laves相,其中M23C6碳化物的形状主要为颗粒状,也有少量为棒状,这些碳化物析出相主要分布在马氏体板条界及原奥氏体晶界处,原始态时该析出相的晶粒尺寸约为100nm左右,服役三年后平均尺寸可达300nm。MX型碳氮化物一般为小圆颗粒状,且在高温服役过程中表现较稳定,尺寸直保持在100nm以内。而Laves相则在高温服役过程中较快发生粗化,三年时尺寸达到1μm左右。另外,TEM分析还显示,服役后的T92钢马氏体板条内部的位错密度较原始态时有所下降。力学性能试验结果表明：高温服役后,T92钢的各项力学性能指标总体呈现下降趋势。服役三年后,T92钢的显微硬度从原始态时的231HV降至200HV；室温拉伸屈服强度Rp02从原始状态的486MPa下降到460MPa,抗拉强度Rm从629MPa下降至624MPa,断面收缩率Z%从64.64%下降至49.15%；微型杯突试验测得的比屈服值由3362.7MPa下降至2037.7MPa,比断裂能从5680.6mJ/mm下降至3688.6mJ/mm,比强度值从7363.3MPa下降至7086.4Mpa。同时,SEM断口形貌观察也表明,伴随着服役后材料塑性、韧性下降,T92钢的断裂特征由韧性断裂向韧脆混合断裂方式转变。研究了不同热老化温度下T92钢的硬度变化,并利用Larson-Miller法对其蠕变寿命进行了预测。结果表明,T92钢在最高运行温度为620℃的环境下的使用寿命可达到1.256×105小时。
【作者】郑琳；
【导师】刘江南；高巍；
【作者基本信息】西安工业大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】T92钢；组织结构；析出相；力学性能；断裂机理；蠕变寿命预测；

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