P91馬氏體耐熱鋼是目前超(超)臨界火力發(fā)電機組關鍵部件的主要用材,長期服役于高溫高壓的環(huán)境下,勢必會產生蠕變損傷并伴隨著材料內部微觀組織的演化,最終導致構件結構完整性劣化。因而,研究P91鋼的蠕變損傷機制,對準確預測材料的安全狀態(tài)和蠕變剩余壽命十分關鍵,同時也是保證超(超)臨界火電機組構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℃條件下進行高溫單軸拉伸試驗,得到相應溫度下材料的相關力學性能。隨后在給定條件下分別進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)技術和硬度檢測技術對蠕變試樣的損傷行為進行了評價,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℃條件下的相關力學性能,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變,蠕變斷裂時間分別為219h和110h,斷裂應變分別為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技術對蠕變損傷試樣進行精細化分析,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EBSD損傷評價參數(shù)并結合硬度測量進行了系統(tǒng)分析,其中,等效晶粒尺寸能夠反應材料蠕變過程中晶粒的粗化現(xiàn)象;局域取向差可以反應損傷過程中材料微觀塑性應變的變化;硬度可以反應可動位錯密度、析出相粗化以及材料力學性能的變化。結果表明,在同一服役條件下,隨著蠕變的進行和應變的累積,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系符合Hall-Petch公式。
【學位單位】：西北大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG142.1
【部分圖文】：

以時間 t 為橫坐標，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 為典型的蠕變應變曲線和蠕變速率曲線。

圖 1.1 典型蠕變-應變曲線 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 段為彈性應變階段，所產生的彈性應變?yōu)?，完整的蠕變階段是從 A 點開始直到 D 點結束。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與回復軟化效應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 鋼微觀組織結構示意圖Fig.1.3 Schematic diagram of P91 steel microstructure含四種基本單元結構，分別是原奧氏體晶粒、馬氏體束通常認為，板條馬氏體組織是由細小的亞結構組成的，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。細小的馬氏體板條生一定的阻礙作用，進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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