18Cr-9Ni-3Cu钢长期服役后的组织与力学性能

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18Cr-9Ni-3Cu钢是一种新型18-8型奥氏体不锈钢,该钢在TP304H不锈钢的基础上,添加N、Cu、Nb和B等强化元素,并适当降低了C含量,应用特殊的热加工及制管工艺制作而成,其综合性能良好,在600℃下蠕变断裂强度较TP304H

18Cr-9Ni-3Cu钢长期服役后的组织与力学性能
内容 2018-05-04 阅读量16

18Cr-9Ni-3Cu钢是一种新型18-8型奥氏体不锈钢,该钢在TP304H不锈钢的基础上,添加N、Cu、Nb和B等强化元素,并适当降低了C含量,应用特殊的热加工及制管工艺制作而成,其综合性能良好,在600℃下蠕变断裂强度较TP304H钢高20%左右。目前针对18Cr-9Ni-3Cu钢的研究均采用长期时效试验来反映材料的长期使用性能,但实际服役与长期时效条件上存在较大差异。不同于长期时效的恒温状态,18Cr-9Ni-3Cu钢在服役过程中温度处于随机变化状态,尤其是机组启停炉、电网调峰等情况,温度变化幅度较大,因此时效试验不能够完全真实反映材料的使用情况。本工作通过对服役5×104h后18Cr-9Ni-3Cu钢进行研究,以探寻材料在服役过程中组织与性能的变化。试验用18Cr-9Ni-3Cu钢为某电厂3号机组末级过热器样管,样管服役蒸汽温度为600℃,正常状态下其向火侧、背火侧管壁温度分别约为650℃、600℃,满负荷条件下蒸汽压力为27.4MPa,样管服役时间约为5×104h。管子的成分(质量分数,%)为:0.08C,0.25Si,0.71Mn,0.023P,0.002S,18.93Cr,8.82Ni,0.47Nb,0.005B,0.025Al,0.09N,2.88Cu。对样管取样制备金相试样,采用光学显微镜观察服役态该钢的显微组织结构,采用扫描电镜分析钢中析出相的成分与分布,再借助透射电镜对晶界大尺寸析出相进行电子衍射分析。18Cr-9Ni-3Cu钢的拉伸试样为圆棒试样(Φ5mm),试验在CSS-44300电子万能材料试验机上进行,试验值为2个试样的平均值。冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm,一组3个试样,试验在JB-W500C冲击试验机上进行。结果表明:(1)18Cr-9Ni-3Cu钢服役5×104h后的晶界明显粗化,M23C6在晶界上呈大颗粒及链状分布,σ相在晶界上呈块状分布,粗大的Nb(C,N)相在晶内集中分布。背火侧的晶界上M23C6及σ相数量较少且尺寸较小,Nb(C,N)相弥散分布于晶内尺寸较小。(2)18Cr-9Ni-3Cu钢服役5×104h后的强度较固溶态有所增加,其主要得益于服役后第二相的弥散析出强化及M23C6相共格强化。(3)18Cr-9Ni-3Cu钢服役5×104h后的冲击性能较固溶态有所降低,σ相在晶界上析出长大是导致其冲击性能降低的主要原因。(心远)

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