18Cr-9Ni-3Cu钢长期服役后的组织与力学性能
2018-3-8 8:47:39点击：
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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