文档介绍：硕士学位论文
掺杂 P91 铁素体耐热钢蠕变性能的研究
A STUDY OF CREEP PROPERTIES OF
IMPURITY-DOPED P91 FERRITIC
HEAT-RESISTANT STEEL
杨海峰
哈尔滨工业大学
2011 年 12 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号:669 密级:公开
工学硕士学位论文
掺杂 P91 铁素体耐热钢蠕变性能的研究
硕士研究生: 杨海峰
导师: 宋申华教授
申请学位: 工学硕士
学科: 材料加工工程
所在单位: 深圳研究生院
答辩日期: 2011 年 12 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
: 669
Dissertation for the Master Degree in Engineering
A STUDY OF CREEP PROPERTIES OF
IMPURITY-DOPED P91 FERRITIC
HEAT-RESISTANT STEEL
Candidate: Yang Haifeng
Supervisor: Prof. Song Shenhua
Academic Degree Applied for: Masters of Engineering
Speciality: Materials Processing Engineering
Affiliation: Shenzhen Graduate School
Date of Defence: Dec, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
20 世纪 80 年代以前,由于耐热材料的限制,世界范围内常规发电机组蒸
汽参数一直难以有效提高。P91 铁素体耐热钢从 1983 年成功研发以来,其优良
的服役性能受到了国内外发电工程界的极大关注,并开始在超超临界电站的建
设中广泛使用,使发电机组蒸汽参数得到大幅度提高。我国于 1987 年首次引进
P91 钢,并于 1991 年开始试制 P91 钢,虽然取得了一定的成果,但由于基础研
究薄弱,国产 P91 钢服役性能始终不能达到。钢的高温蠕变性能
对其服役性能起着决定性作用,所以针对 P91 钢基础研究的缺乏,本文通过一
系列试验研究杂质元素 S 和 Sn 对 P91 钢蠕变性能的影响。
含 S P91 钢和含 Sn P91 钢于 1328K 正火,1033K 回火后,在温度区间
873K~923K 和应力范围 150MPa~210MPa 进行蠕变试验,通过含 S P91 钢和含
Sn P91 钢蠕变本构方程与 Monkman–Grant 关系式,得到掺杂 P91 钢持久强度。
通过持久强度的对比发现,杂质元素 Sn 对 P91 钢蠕变性能产生有害影响更为严
重。通过金相观察发现掺杂 P91 钢蠕变断口附近均有大量空洞出现,且同一温
度与应力条件下含 Sn P91 钢断口处空洞数量明显多于含 S P91 钢。证明与 S 元
素相比,Sn 元素更易促进 P91 钢空洞形核,对 P91 钢蠕变性能的影响更为显著。
采用场发射扫描透射电子显微术(FEG-STEM)分析含 S P91 钢和含 Sn P91
钢的第二相形貌、分布与成分。研究发现含 S P91 钢和含 Sn P91 钢中均有大量
富 Cr 的 M23C6 型碳化物与少量的富 Nb 的 MX 型碳化物沿晶界析出。蠕变断裂
后,第二相类型未发生变化,但第二相明显发生粗化且间距增大。杂质元素 S
和 Sn 未对 P91 钢第二相类型、形貌及分布产生影响。
采用场发射扫描透射电子显微术(FEG-STEM)测量晶界成分,发现 Sn 元
素在 P91 钢晶界处发生偏聚,根据 Seah 提出的模型计算可知,Sn 元素在晶界
偏聚降低了沿晶断裂能,致使空洞在晶界处更容易形核,最终导致材料的蠕变
性能降低。通过晶界成分与夹杂物成分分析发现,由于 P91 钢中 Mn 元素的存
在,S 元素未在晶界处发生明显偏聚,而是与 Mn 元