超临界电厂用管线钢高温长期服役后析出相研究毕业论文
2022-03-15 20:21:01
论文总字数：17528字
摘 要
随着电力工业的发展突飞猛进，与之相对应的电站用金属材料特别是高温用特种钢，超临界用新型钢的国产化也取得了很大的进步。然而，由于电厂中应用环境复杂，结构材料在服役过程中会承受高温高压等复杂环境，这就导致材料会发生损伤，包括：微观组织的劣化、高温蠕变断裂、高温腐蚀、高温氧化,长期的损伤会引起材料的断裂，最终引起不可挽回的损失，造成巨大的损失。因此，能够适用于此类高温、高压条件下的耐热钢的研究就必不可少，其中新型高Cr钢由于其良好的耐高温、蠕变等性能成为重要的研究对象。本文综述了T/P92钢的高温析出规律及其对性能的影响情况，介绍了国内外超临界钢的研究和发展方向，研究了其在高温下的微观组织演化、机械性能变化，探讨了P92钢的高温变形行为和损伤机理，为P92在高温下的寿命预测提供参考。
关键词：超临界 P92钢 时效 微观组织 机械性能
ABSTRACT
With the rapid development of the power industry, the localization of the new steel used in supercritical power plants has been greatly improved, especially for the metal materials used in power plants. However, due to the complex application environment in the power plant , structural material will withstand high temperature and high pressure environment in the service process, which leads to material damage, including deterioration, high temperature creep fracture and microstructure of high temperature corrosion and high temperature oxidation, long-term damage will cause the fracture, causing irreparable damage. Therefore, it is necessary to study the heat-resistant steel which can be applied to the high temperature and high pressure. The new high Cr steel has become an important research object because of its good resistance to high temperature and creep. The objective of the present paper is based on the microstructure evolution and variations of mechanical properties of domestic P92 heat-resistant steel, discussed the deformation behavior and damage mechanism at high temperature, which provide the reference for prediction the life of P92 at high temperature.
KEYWORDS: Ultra-supercritical; P92 steel; Aging; Microstructure; Mechanical properties
目 录
摘 要
ABSTRACT
第1章 绪论 1
1.1引言 1
1.2超临界技术 1
1.2.1超临界机组的意义 1
1.2.2超临界机组的发展 1
1.2.3超临界材料演变 1
1.3材料高温时效析出相研究 2
1.3.1析出相研究意义 2
1.3.2 P92 钢析出相演变规律及对性能影响 2
1.3.3 P92钢强化机理 4
1.4 展望与总结 5
第2章 时效对国产P92耐热钢微观组织的影响 6
2.1 前言 6
2.2 国产P92钢长期时效试验研究 6
2.2.1 试样制备及试验参数 6
2.2.2 试验设备 6
2.3 试验结果与讨论 7
2.3.1 长期时效后析出相电化学萃取试验 7
2.3.2 时效后析出相XRD物相分析 8
2.3.3 长期时效后P92钢金相分析 8
2.3.4 长期时效后P92钢扫描电镜分析 10
2.3.5 时效后P92钢透射电镜分析 15
2.4 本章小结 19
第3章 时效对P92耐热钢机械性能的影响 20
3.1 前言 20
3.2 试样制备及试验参数 20
3.3 试验结果及讨论 21
3.3.1 时效对国产P92耐热钢拉伸特性的影响 21
3.3.2 时效对国产P92耐热钢冲击性能的影响 23
3.3.3 时效对国产P92耐热钢硬度的影响 23
3.4 国产P92耐热钢损伤机制分析 24
3.5 本章小结 25
第4章 结束语 27
4.1 总结 27
4.2 致谢 27
参考文献 29
绪论
1.1引言
马氏体耐热钢由于其具有良好的高温力学性能和焊接性能等特点，常用于制造高参数电站锅炉构件。P92 钢为其中的一种，是在P91钢的基础上添加W 元素，适当减少Mo 元素而开发出来的一种新型耐热钢，并广泛应用于厚壁部件，如主蒸汽管道和高温集箱[1][1]。研究表明，马氏体耐热钢在热处理就会存在大量的M23C6及MX碳化物，在长期服役后，会有Laves 相的析出，Laves 相会对材料的强度、断裂敏感性等产生一定的影响。因此，研究P92 钢的高温服役过程中Laves 相的析出，对于提高电站锅炉构件的性能具有着重要意义。
1.2超临界技术
1.2.1超临界机组的意义
水的临界状态点压力和温度分别为22.115MPa 和374 .15 ℃，通常认为蒸汽参数超过水的临界状态点压力和温度数值的机组称为超临界机组, 实际投运的超临界机组的蒸汽参数大多在23.5 MPa 、538 ℃以上[2][2]。德国是研究、制造超临界机组最早的国家。
1.2.2超临界机组的发展
超临界机组在国外的发展：1956 年参数为29.3 MPa 、600℃功率为117 MW 的超临界机组投产。但在较长时间没有获得较大发展, 在1972、1979 年才有430 MW(24 .5MPa 、535/535 ℃)、475 MW(25.5 MPa 、530/540/530℃)机组投运, 至1983 年总共只有16 台超临界机组投运[3][3]。欧洲国家如德国和意大利都早有投运。超临界机组在国内的发展：我国从80 年代后期开始重视发展超临界机组, 现已有6 000 MW 超临界机组投运, 全都是引进设备, 最大单机容量为800 MW[4][4]。 基于我国经济的快速发展对电力的需求和一次能源的分布现实，在今后较长的一段时期内，煤电仍将是中国电力的主流，发展清洁、高效的煤电技术将是一个长期的战略任务． 因此，不断推进超临界机组的高效化是一个最可行的选项[5][5]。
1.2.3超临界材料演变
在节能减排、提高运营效率和环境保护的大背景下，为提高火电机组的热电转换效率，火电机组的蒸汽参数越来越高。苛刻的运行环境对材料性能提出了更高的要求。目前，用于超临界火力电站锅炉的关键材料大致可分为3 类: 马氏体/铁素体耐热钢（演变过程如图1）、奥氏体耐热钢、镍基合金材料[6][6]。国内在耐热钢及合金的研究方面，形成了产学研相结合的人力资源格局，在国外文献报道及电站运行的使用需求基础上，对马氏体/铁素体耐热钢、奥氏体耐热钢进行了充分的研究[7][7]。因关于这两类钢所进行的研究都已经比较成熟，因此不必再花费大量的精力去研究。相反，对700 ℃ 及以上级超超临界电站用镍基合金的研究力量显得远远不足[8][8,9]。
图1 铁素体耐热钢发展历程
1.3材料高温时效析出相研究
1.3.1析出相研究意义
第二相在钢中具有十分重要的作用，其对钢的强度、韧性、塑性、疲劳、磨损以及许多重要的物理和化学性能均具有重要的影响[9][10]。析出相是指：材料中以非连续状态分布于机体相中的且在其中不可能包围有其他相的相。析出相在钢铁中的主要作用是产生第二相强化。根据析出相颗粒与滑移位错的交互作用机制，可得到两种不同的强化机制：1、位错绕过析出相颗粒并留下位错环的Orowan机制。 2、位错切过析出相的切过机制。前者析出相颗粒就是前文提到的不可变形颗粒，后者中的析出相颗粒就是可变形颗粒。析出相在钢铁材料中除了起到第二相强化作用外，还能控制基体晶粒尺寸，从而间接的起到的细晶强化的作用。析出相在基体中均匀分布，对晶粒起到了钉扎作用[10][11,12]。
1.3.2 P92 钢析出相演变规律及对性能影响
P92 钢在长时高温服役过程中，其微观组织机构（如图2）和强化沉淀相会发生变化。在高温和应力长时作用下，大量的马氏体板条会出现变形、分解和回复，位错密度减少，原始的强化沉淀相出现聚集、粗化现象[11][13]。与此同时，产生析出一系列新相，典型的是M23C6相、MX相、Laves 相和Z 相。这4 种相的析出对材料的高温性能有重要影响[12][14-16]。
请支付后下载全文，论文总字数：17528字
