P91馬氏體耐熱鋼是目前超(超)臨界火力發(fā)電機組關(guān)鍵部件的主要用材,長期服役于高溫高壓的環(huán)境下,勢必會產(chǎn)生蠕變損傷并伴隨著材料內(nèi)部微觀組織的演化,最終導(dǎo)致構(gòu)件結(jié)構(gòu)完整性劣化。因而,研究P91鋼的蠕變損傷機制,對準(zhǔn)確預(yù)測材料的安全狀態(tài)和蠕變剩余壽命十分關(guān)鍵,同時也是保證超(超)臨界火電機組構(gòu)件安全運行的迫切要求。本文以P91鋼為研究對象,首先,在600℃和620℃條件下進(jìn)行高溫單軸拉伸試驗,得到相應(yīng)溫度下材料的相關(guān)力學(xué)性能。隨后在給定條件下分別進(jìn)行高溫蠕變持久試驗和蠕變間斷試驗,以得到蠕變數(shù)據(jù)和蠕變損傷試樣。最后利用電子背散射衍射(Electron Back-Scattered Diffraction,EBSD)技術(shù)和硬度檢測技術(shù)對蠕變試樣的損傷行為進(jìn)行了評價,取得的主要成果如下:(1)利用高溫單軸拉伸試驗得到P91鋼在600℃和620℃條件下的相關(guān)力學(xué)性能,例如抗拉強度σ_b、彈性模量E、屈服強度σ_(0.2)和延伸率δ;通過高溫蠕變持久試驗獲得P91鋼在600℃、165MPa和620℃、145MPa條件下的完整蠕變曲線、蠕變斷裂時間和斷裂應(yīng)變,蠕變斷裂時間分別為219h和110h,斷裂應(yīng)變分別為0.296和0.332;通過蠕變間斷試驗,制備出了不同蠕變狀態(tài)下的損傷試樣。(2)利用EBSD技術(shù)對蠕變損傷試樣進(jìn)行精細(xì)化分析,主要包括晶體取向分布圖、晶界分布圖和小角度晶界處幾何必需位錯密度(geometrically necessary dislocations,GNDs),結(jié)果表明,晶粒取向表明晶粒在蠕變過程中存在一定程度的塑性變形;小角度邊界的數(shù)量在蠕變過程中隨著應(yīng)變的累積和蠕變機制的影響先上升后下降;小角度晶界處GNDs密度在蠕變過程中先迅速上升,在最小蠕變率處達(dá)到極值后緩慢下降,直到最后基本保持不變,與小角度邊界數(shù)量的變化基本上一致。(3)利用相關(guān)EBSD損傷評價參數(shù)并結(jié)合硬度測量進(jìn)行了系統(tǒng)分析,其中,等效晶粒尺寸能夠反應(yīng)材料蠕變過程中晶粒的粗化現(xiàn)象;局域取向差可以反應(yīng)損傷過程中材料微觀塑性應(yīng)變的變化;硬度可以反應(yīng)可動位錯密度、析出相粗化以及材料力學(xué)性能的變化。結(jié)果表明,在同一服役條件下,隨著蠕變的進(jìn)行和應(yīng)變的累積,等效晶粒尺寸一直在增大,局域取向差先上升后下降,硬度一直下降,且硬度與等效晶粒尺寸之間的關(guān)系符合Hall-Petch公式。
【學(xué)位單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG142.1
【部分圖文】：

以時間 t 為橫坐標(biāo)，蠕變曲線上任一點的蠕變速率 ( = )，一般用曲線上該點的斜率來表示，圖1.1 和 1.2 為典型的蠕變應(yīng)變曲線和蠕變速率曲線。

圖 1.1 典型蠕變-應(yīng)變曲線 圖 1.2 蠕變速率曲線（浴盆曲線）Fig.1.1 Typical creep-strain curve Fig.1.2 Creep rate curve蠕變曲線中，OA 段為彈性應(yīng)變階段，所產(chǎn)生的彈性應(yīng)變?yōu)?，完整的蠕變階段是從 A 點開始直到 D 點結(jié)束。從蠕變速率曲線可以看出，蠕變過程一般可以分為以下三個階段：第一階段即減速蠕變階段，圖中 AB 段，這一階段的特點是蠕變速率很大，但隨著時間的延長，阻力增加，蠕變速率開始下降，到 B 點基本上達(dá)到最小。第二階段即恒速蠕變階段，圖中 BC 段，這一階段加工硬化效應(yīng)與回復(fù)軟化效應(yīng)共同對材料的蠕變行為起作用，蠕變速率在這一階段基本上保持不變，且蠕變速率基本上為最小值。第三階段即加速蠕變階段，圖中 CD 段，這一階段的特點是隨著蠕變的進(jìn)行，蠕變速率開始不斷增加，直至到 D 點蠕變速率不再增加，這是因為材料在這一點發(fā)生了蠕變斷裂，也將這一點稱為材料的蠕變斷裂時間點。

圖 1.3 P91 鋼微觀組織結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1.3 Schematic diagram of P91 steel microstructure含四種基本單元結(jié)構(gòu)，分別是原奧氏體晶粒、馬氏體束通常認(rèn)為，板條馬氏體組織是由細(xì)小的亞結(jié)構(gòu)組成的，一[19]。由圖可以看出，一個奧氏體晶粒可以分割成好有同一慣習(xí)面；一個馬氏體束可以分成多個馬氏體塊，塊可以分成多個馬氏體板條亞晶粒[20]。馬氏體鋼在馬氏錯，這些位錯存在于板條亞晶粒中。細(xì)小的馬氏體板條生一定的阻礙作用，進(jìn)一步阻止了高溫條件下 9%~12%高了蠕變強度[21]。型碳化物和 MX 型碳氮化物是 9~12%Cr 耐熱鋼中初始6相主要分布在大角度晶界上，如原奧氏體晶界、馬氏面和阻礙界面遷移的作用；MX 相主要分布在馬氏體
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本文編號：2867835