國產和進口P92耐熱鋼顯微組織、拉伸和蠕變性能的對比
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超超臨界苛刻的蒸汽參數需要鐵素體耐熱鋼具有良好的力學性能和抗氧化特性,這就使得研發新型高鉻鋼成為了發展超超臨界機組的關鍵環節。作為含鉻9%~12%(質量分數)的鐵素體耐熱鋼的代表…
超超臨界苛刻的蒸汽參數需要鐵素體耐熱鋼具有良好的力學性能和抗氧化特性,這就使得研發新型高鉻鋼成為了發展超超臨界機組的關鍵環節。作為含鉻9%~12%(質量分數)的鐵素體耐熱鋼的代表鋼種,T/92鋼憑借其優異的綜合性能逐漸成為600℃級超超臨界機組的理想用鋼。最近,國內鋼鐵企業基本掌握了大口徑P92鋼管的生產技術,研究者對該類鋼管的顯微組織和高溫性能進行了研究,并結合相關資料對比和討論了國內外P92鋼的性能,旨在為P92鋼的研究和超超臨界機組的安全運行提供必要的理論依據,推動大口徑P92鋼管的國產化進程。
試驗鋼為某國產大口徑P92耐熱鋼管(采用正火、回火處理)。沿P92鋼管軸向線切割切下時效試樣。由于P92鋼主蒸汽管道的實際服役溫度為600℃,故對試樣在650℃進行200、500、1000、2000、3000、5000h的時效處理以模擬實際工況。對650℃下時效不同時間的試樣分別進行析出相電解萃取試驗,對電解萃取后的析出相進行X射線衍射(XRD)分析,確定析出相的類型。使用JSM-6360型掃描電鏡(SEM)的背散射電子像對P92鋼時效過程中析出相的種類、尺寸及分布進行分析。利用JEOL JEM-2010型透射電鏡(TEM)對時效試樣進行馬氏體板條結構、析出相形貌和位置的觀察。研究拉伸性能和蠕變性能,并與進口P92鋼(化學成分見表1)進行對比。
表1 進口和國產P92鋼的化學成分(質量分數)%
條件 | C | Mn | P | S | Si | Cr | W | Mo | V | Nb | N | B | Ni | Al |
ASTM A335 | 0.07 | 0.30 | ≤ | ≤ | ≤ | 8.50 | 1.50 | 0.30 | 0.15 | 0.04 | 0.030 | 0.0010 | ≤ | ≤ |
0.13 | 0.60 | 0.020 | 0.010 | 0.50 | 9.50 | 2.00 | 0.60 | 0.25 | 0.09 | 0.070 | 0.0060 | 0.40 | 0.04 | |
GB 5310-2008 | 0.07 | 0.30 | ≤ | ≤ | ≤ | 8.50 | 1.50 | 0.30 | 0.15 | 0.04 | 0.030 | 0.0010 | ≤ | ≤ |
0.13 | 0.60 | 0.020 | 0.010 | 0.50 | 9.50 | 2.00 | 0.60 | 0.25 | 0.09 | 0.070 | 0.0060 | 0.40 | 0.20 | |
新日鐵公司產品 | 0.11 | 0.45 | 0.012 | 0.003 | 0.10 | 8.82 | 1.87 | 0.47 | 0.19 | 0.06 | 0.047 | 0.002 | 0.17 | 0.01 |
V&M公司產品 | 0.12 | 0.43 | 0.014 | 0.004 | 0.21 | 8.84 | 1.67 | 0.50 | 0.21 | 0.067 | 0.042 | 0.0033 | - | - |
國產P92鋼(試驗鋼) | 0.114 | 0.392 | 0.011 | 0.004 | 0.315 | 9.21 | 1.93 | 0.475 | 0.189 | 0.073 | 0.037 | 0.003 | 0.275 | 0.011 |
結果表明:
。1)國產P92鋼的化學成分符合ASTM A335以及GB 5310-2008對其成分的要求,但其中的鉻、鎢、鈮、硅等元素的含量較國外P92鋼的高。
(2)國產P92鋼在650℃的時效過程中,顯微組織相對比較穩定,但Laves相的粗化速率較高。
。3)國產P92鋼和進口P92鋼的室溫、高溫拉伸性能與沖擊性能相當。
(4)國產P92鋼在650℃下的蠕變持久強度高于GB5310-2008以及EN10216規定值,但是,其在同溫度同應力條件下蠕變斷裂時間明顯短于進口P92鋼的,這與其在蠕變過程中Laves相的快速聚集及其粗化有關。這是國產P92耐熱鋼蠕變性能低于國外P92鋼的原因之一,因此如能夠適當降低鎢含量,應該能夠控制Laves相的聚集與粗化,從而提高國產P92鋼的蠕變持久強度。
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