一種超超臨界汽輪機(jī)用鋼的組織與性能研究.pdf

1、為適應(yīng)開發(fā)超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組的需要，有多種高性能的高溫結(jié)構(gòu)用改性9-12 wt.％Cr鋼被引進(jìn)。10％Cr MoWCoVNbNB (MTB10A)就是其中的一種。由于國外廠商設(shè)置了技術(shù)和商業(yè)壁壘，迫切要求自行掌握該鋼種的性能數(shù)據(jù)，以充分發(fā)揮其性能，并實(shí)現(xiàn)該鋼的國產(chǎn)化。本文對該鋼的組織與性能進(jìn)行兩個(gè)方面的考察，一是熱處理制度對組織和室溫性能的影響，二是高溫力學(xué)行為和蠕變過程中的組織演變。結(jié)果發(fā)現(xiàn)： 在所研究的淬火(1100oC~

2、1180oC)和回火(600oC-700oC)溫度范圍內(nèi)，各種熱處理制度均能得到符合標(biāo)準(zhǔn)要求的性能。最佳淬火溫度為1140oC。與淬火溫度相比，力學(xué)性能對回火溫度要更為敏感。淬火組織為典型的板條馬氏體，回火組織則介于回火屈氏體和回火索氏體之間。對回火后析出的碳化物分析表明，在各種熱處理?xiàng)l件下，主要的碳化物類型均為M23C6類型。這些碳化物中除Fe、Cr外，還含有高熔點(diǎn)元素如W、Mo、Ta等。隨著溫度上升，碳化物中的Cr含量下降。此外，碳

3、化物析出百分?jǐn)?shù)和室溫性能之間不存在明確的對應(yīng)關(guān)系。 MTB10A在600oC~650oC，150~350 Mpa條件下的蠕變曲線不存在嚴(yán)格的第二階段，其在 曲線上僅表現(xiàn)為一個(gè)拐點(diǎn)。高應(yīng)力下的蠕變表觀激活能高達(dá)526.6 kJ/mol，遠(yuǎn)高于Fe的自擴(kuò)散激活能，因此其蠕變過程不可能受自擴(kuò)散控制。不同方式求解的應(yīng)力指數(shù)有很大的差異，由最小蠕變速率求得的應(yīng)力指數(shù)為4~8，由短時(shí)弛豫求得的應(yīng)力指數(shù)為17~21，后者與9％~12％ Cr鋼

4、的典型值相吻合。這種歧異隨著弛豫時(shí)間的延長而減小，650oC弛豫3.2 h后的應(yīng)力指數(shù)和由蠕變求得的指數(shù)接近，說明高應(yīng)力指數(shù)值是MTB10A的本質(zhì)特征，低指數(shù)是因?yàn)榻M織在蠕變過程中發(fā)生了改變。低的指數(shù)對應(yīng)位錯(cuò)攀移過程，而對弛豫過程計(jì)算的熱激活體積則在102 b3的數(shù)量級，對應(yīng)位錯(cuò)交滑移過程。激活體積隨弛豫時(shí)間延長而下降，趨近位錯(cuò)攀移的b3數(shù)量級。 MTB10A在蠕變前后的碳化物分布及基體組織發(fā)生了變化。碳化物發(fā)生了聚集粗化，其聚

5、集方向是從晶內(nèi)到晶界。在較高溫度還有Laves相析出。高應(yīng)力可加劇碳化物的聚集，應(yīng)變量的提高則促使碳化物在晶界上的均勻分布。 基體的組織演變以亞晶回復(fù)與再結(jié)晶為主。除存在原始大角度晶界的連續(xù)破壞外，還存在亞晶界和大角度晶界的動(dòng)態(tài)生成及隨應(yīng)變進(jìn)行的連續(xù)演變現(xiàn)象。高應(yīng)力加劇亞晶演變趨勢。 MTB10A的大角度晶界的分布具有傾向性，其CSL晶界的主要類型為? = 3、13。在蠕變過程中CSL晶界的類型也會(huì)發(fā)生變化。應(yīng)力和應(yīng)變的