8Cr-9Ni-3Cu鋼長期服役后的組織與力學性能

2018-01-04   來源:中國聯合鋼鐵網
18Cr-9Ni-3Cu鋼是一種新型18-8型奧氏體不銹鋼,該鋼在TP304H不銹鋼的基礎上,添加N、Cu、Nb和B等強化元素,并適當降低了C含量,應用特殊的熱加工及制管工藝制作而成,其綜合性能良好,在600℃下蠕變斷裂強度較TP304H鋼高20%左右。目前針對18Cr-9Ni-3Cu鋼的研究均采用長期時效試驗來反映材料的長期使用性能,但實際服役與長期時效條件上存在較大差異。不同于長期時效的恒溫狀態,18Cr-9Ni-3Cu鋼在服役過程中溫度處于隨機變化狀態,尤其是機組啟停爐、電網調峰等情況,溫度變化幅度較大,因此時效試驗不能夠完全真實反映材料的使用情況。本工作通過對服役5×104h后18Cr-9Ni-3Cu鋼進行研究,以探尋材料在服役過程中組織與性能的變化。 試驗用18Cr-9Ni-3Cu鋼為某電廠3號機組末級過熱器樣管,樣管服役蒸汽溫度為600℃,正常狀態下其向火側、背火側管壁溫度分別約為650℃、600℃,滿負荷條件下蒸汽壓力為27.4MPa,樣管服役時間約為5×104h。管子的成分(質量分數,%)為:0.08C,0.25Si,0.71Mn,0.023P,0.002S,18.93Cr,8.82Ni,0.47Nb,0.005B,0.025Al,0.09N,2.88Cu。 對樣管取樣制備金相試樣,采用光學顯微鏡觀察服役態該鋼的顯微組織結構,采用掃描電鏡分析鋼中析出相的成分與分布,再借助透射電鏡對晶界大尺寸析出相進行電子衍射分析。 18Cr-9Ni-3Cu鋼的拉伸試樣為圓棒試樣(Φ5mm),試驗在CSS-44300電子萬能材料試驗機上進行,試驗值為2個試樣的平均值。沖擊試樣尺寸為10mm×10mm×55mm,一組3個試樣,試驗在JB-W500C沖擊試驗機上進行。結果表明: (1)18Cr-9Ni-3Cu鋼服役5×104h后的晶界明顯粗化,M23C6在晶界上呈大顆粒及鏈狀分布,σ相在晶界上呈塊狀分布,粗大的Nb(C,N)相在晶內集中分布。背火側的晶界上M23C6及σ相數量較少且尺寸較小,Nb(C,N)相彌散分布于晶內尺寸較小。 (2)18Cr-9Ni-3Cu鋼服役5×104h后的強度較固溶態有所增加,其主要得益于服役后第二相的彌散析出強化及M23C6相共格強化。 (3)18Cr-9Ni-3Cu鋼服役5×104h后的沖擊性能較固溶態有所降低,σ相在晶界上析出長大是導致其沖擊性能降低的主要原因。
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