馬氏體耐熱鋼的應(yīng)用研究與評價(jià)

目錄

前言

第1章 耐熱合金鋼與馬氏體耐熱鋼 1

1.1 火力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及其對材料的要求 1

1.2 耐熱合金鋼及其應(yīng)用 4

1.2.1 概述 4

1.2.2 低合金(含1%～3%Cr)耐熱鋼 5

1.2.3 馬氏體耐熱鋼 7

1.2.4 奧氏體耐熱鋼 10

1.2.5 其他耐熱材料 13

1.3 12 Cr馬氏體耐熱鋼 14

1.4 9 Cr馬氏體耐熱鋼 14

1.4.1 T/P91 15

1.4.2 T/P92 16

1.5 馬氏體耐熱鋼的發(fā)展與未來 17

1.5.1 鐵素體耐熱鋼的發(fā)展進(jìn)程 17

1.5.2 馬氏體耐熱鋼的發(fā)展 23

參考文獻(xiàn) 27

第2章 馬氏體耐熱鋼的冶金物理基礎(chǔ) 33

2.1 馬氏體耐熱鋼的發(fā)展背景 33

2.2 合金元素及其作用 34

2.3 馬氏體耐熱鋼的強(qiáng)韌化機(jī)理 41

2.4 合金碳化物與析出強(qiáng)化 46

2.4.1 常見的合金碳化物 48

2.4.2 時(shí)效處理與析出強(qiáng)化 51

2.4.3 馬氏體耐熱合金鋼強(qiáng)韌化的其他途徑 52

2.5 總結(jié) 56

參考文獻(xiàn) 57

第3章 馬氏體耐熱鋼的性能與應(yīng)用規(guī)范 65

3.1 X20CrMoV12-1馬氏體耐熱鋼 65

3.1.1 X20馬氏體耐熱鋼相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 65

3.1.2 X20的力學(xué)性能 68

3.1.3 X20的蠕變性能 69

3.1.4 X20的疲勞行為 73

3.1.5 X20的物理性能 74

3.2 T/P91耐熱鋼 75

3.2.1 T/P91相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 76

3.2.2 T/P91的力學(xué)性能 78

3.2.3 T/P91的物理性能 78

3.2.4 T/P91的蠕變性能與應(yīng)用性能 78

3.2.5 T/P91和X20 等比較 81

3.2.6 T/P91鋼的應(yīng)用 83

3.3 T/P92耐熱鋼 83

3.3.1 T/P92相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及性能要求 84

3.3.2 T/P92的力學(xué)性能 85

3.4 其他馬氏體耐熱鋼 87

參考文獻(xiàn) 94

第4章 馬氏體耐熱鋼的組織結(jié)構(gòu)與亞結(jié)構(gòu) 96

4.1 引言 96

4.2 馬氏體耐熱鋼組織結(jié)構(gòu)和亞結(jié)構(gòu) 96

4.2.1 馬氏體耐熱鋼的晶粒度 98

4.2.2 馬氏體板條組織 100

4.3 馬氏體耐熱鋼中的第二相及其結(jié)構(gòu) 101

4.4 馬氏體耐熱鋼中的碳化物M23C6 102

4.5 馬氏體耐熱鋼中的碳氮化合物MX 104

4.5.1 馬氏體耐熱鋼中的碳氮化合物MX及其成分和形態(tài) 104

4.5.2 MX的析出行為 106

4.6 Laves相 107

4.6.1 概述 107

4.6.2 Laves相析出和蠕變性能相關(guān)性 108

4.6.3 化學(xué)成分影響 111

4.7 Z 相 113

4.7.1 Z 相概述 113

4.7.2 化學(xué)成分對析出的影響 114

4.7.3 熱處理的影響 115

4.7.4 蠕變對Z相析出的影響 116

4.7.5 熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果 117

4.8 δ-鐵素體 121

4.8.1 馬氏體耐熱鋼中δ-Fe相的產(chǎn)生及其影響 121

4.8.2 化學(xué)成分對δ-Fe相體積分?jǐn)?shù)的影響 123

4.8.3 加工溫度對δ-Fe相體積分?jǐn)?shù)的影響 124

4.9 鋼中C含量對碳化物析出行為的影響 125

參考文獻(xiàn) 129

第5章 馬氏體耐熱鋼的長期蠕變性能與服役行為 136

5.1 引言 136

5.2 蠕變規(guī)律和蠕變斷裂理論 137

5.2.1 蠕變一般規(guī)律 137

5.2.2 蠕變斷裂機(jī)制 139

5.3 蠕變特性和微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系 144

5.3.1 馬氏體耐熱鋼的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)和蠕變特性 144

5.3.2 蠕變和微觀結(jié)構(gòu)演變 149

5.3.3 蠕變損傷和蠕變斷裂 156

5.3.4 組織結(jié)構(gòu)演變的模型化 158

5.4 實(shí)際服役條件下X20耐熱鋼的性能和組織結(jié)構(gòu)演變 162

5.4.1 長期服役X20主蒸汽管道的性能和組織結(jié)構(gòu) 162

5.4.2 長期服役X20爐管的損傷行為與環(huán)境相關(guān) 175

5.5 9Cr馬氏體耐熱鋼長期服役條件下的損傷行為 182

5.6 工程實(shí)際服役條件下蠕變行為的特殊性 183

參考文獻(xiàn) 185

第6章 馬氏體耐熱鋼的疲勞和蠕變-疲勞行為 189

6.1 引言 189

6.2 馬氏體耐熱鋼的疲勞與蠕變交互作用 190

6.2.1 蠕變-疲勞的研究方法 190

6.2.2 蠕變-疲勞交互作用的主要影響因素 194

6.3 蠕變-疲勞交互作用的組織結(jié)構(gòu)演變和斷裂特征 202

6.3.1 蠕變-疲勞組織結(jié)構(gòu)演變 202

6.3.2 蠕變-疲勞斷裂物理特征 205

6.3.3 蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展斷裂力學(xué)模型 207

6.4 蠕變-疲勞壽命預(yù)測 212

6.4.1 壽命分?jǐn)?shù)模型 212

6.4.2 延性損耗模型 213

6.4.3 斷裂力學(xué)模型 215

參考文獻(xiàn) 217

第7章 馬氏體耐熱鋼長期服役組織結(jié)構(gòu)演變與壽命相關(guān)性 223

7.1 鐵素體耐熱鋼組織結(jié)構(gòu)演變與分級物理基礎(chǔ) 223

7.1.1 鐵素體耐熱鋼的微觀組織演變分級 224

7.1.2 碳化物粗化和粗化系數(shù) 225

7.1.3 晶界孔洞形成與分級 226

7.1.4 蠕變孔洞晶界比例A 參數(shù) 229

7.2 微觀組織演變損傷圖譜與Neubauer分級 231

7.3 性能減損和結(jié)構(gòu)演變與壽命相關(guān)性 233

7.3.1 關(guān)于馬氏體耐熱鋼材料壽命問題的研究 233

7.3.2 硬度變化和壽命關(guān)系 234

7.3.3 晶格常數(shù) 236

7.3.4 碳化物演變與壽命相關(guān)性 240

參考文獻(xiàn) 244

第8章 馬氏體耐熱鋼的壽命評價(jià)與失效 247

8.1 高溫蠕變壽命及一些預(yù)測理論 247

8.1.1 持久強(qiáng)度計(jì)算及其可靠性問題 252

8.1.2 Larson-Miller參數(shù) 255

8.1.3 Z 參數(shù) 256

8.2 電站設(shè)備運(yùn)行安全和壽命評估過程分析 257

8.2.1 電站運(yùn)行安全與評價(jià)方法 257

8.2.2 設(shè)備壽命評價(jià)準(zhǔn)則和方法比較 260

8.2.3 壽命評價(jià)案例 263

8.3 馬氏體耐熱鋼異常服役行為和失效現(xiàn)象 267

8.3.1 焊接區(qū)失效 267

8.3.2 高溫氧化 269

8.3.3 氫脆 278

8.3.4 異常服役行為及其破壞性 280

參考文獻(xiàn) 2842100433B

馬氏體耐熱鋼具有突出的高溫性能和良好的加工性能，是能源動(dòng)力領(lǐng)域高溫高壓設(shè)備中應(yīng)用*為廣泛的特種鋼，也是高溫高壓設(shè)備更新?lián)Q代的主選材料。馬氏體耐熱鋼具有相似的組織結(jié)構(gòu)，其特殊的板條馬氏體組織和二次沉淀強(qiáng)化對材料的高溫性能有顯著貢獻(xiàn)。馬氏體耐熱鋼設(shè)備在高溫高壓條件下長期服役會(huì)造成材料性能減退和失效，因此馬氏體耐熱鋼設(shè)備壽命評價(jià)是設(shè)備運(yùn)行安全和管理重點(diǎn)關(guān)注的議題。本書不僅介紹了馬氏體耐熱鋼的一般服役行為和損傷規(guī)律，也敘述了國際上有關(guān)馬氏體耐熱鋼壽命評價(jià)的一般方法、相關(guān)壽命理論及其**進(jìn)展。

馬氏體不銹鋼，是通過熱處理可以調(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼。

中文名稱

馬氏體耐熱鋼

英文名稱

martensitic heat resistant steel

定　　義

熱處理正火后得到馬氏體組織或馬氏體加貝氏體(包括少量鐵素體)組織的中高合金耐熱鋼。含鉻量在5%~13%之間，有較好的綜合性能?；痣姀S中主要用于550~650℃高溫、高應(yīng)力的鍋爐受熱面、蒸汽管道和汽輪機(jī)葉片等部件。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級學(xué)科），熱工自動(dòng)化、電廠化學(xué)與金屬（二級學(xué)科）

傳統(tǒng)概念認(rèn)為板條馬氏體是低碳鋼中馬氏體相變產(chǎn)物，亞結(jié)構(gòu)是位錯(cuò)；高碳鋼中馬氏體相變產(chǎn)物是孿晶馬氏體，亞結(jié)構(gòu)是孿晶。但在超高碳鋼中，這一概念近期受到了挑戰(zhàn)。1.4％C含量的超高碳鋼中形成了大量的板條馬氏體，已進(jìn)行的工作表明，超細(xì)奧氏體晶粒是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因。滑移與孿晶分切應(yīng)力隨晶粒尺寸減小增加速率不一致，在某一尺度下兩者出現(xiàn)了轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致滑移分切應(yīng)力更小，因而出現(xiàn)大量板條馬氏體。從這一原理推論，晶粒進(jìn)一步細(xì)化到亞微米或納米數(shù)量級，高碳鋼中會(huì)出現(xiàn)馬氏體相變以板條馬氏體為主的現(xiàn)象，將會(huì)得到高碳板條馬氏體新型組織以及新概念。利用這一概念有可能開發(fā)出高強(qiáng)度、高韌性、低成本的新鋼種。本項(xiàng)目以超高碳鋼為基礎(chǔ)，研究細(xì)化晶粒后馬氏體相變的亞結(jié)構(gòu)，測試其力學(xué)性能，為開發(fā)高強(qiáng)度高韌性材料提供基礎(chǔ)。