新型馬氏體耐熱鋼的強化機理和在火力發(fā)電廠中的應用 

1 新型馬氏體耐熱鋼的強化機理 

了解了馬氏體相變過程和在回火過程中的組織轉(zhuǎn)變之后，對新型馬氏體耐熱鋼的組織特點也就迎刃而解了。以 T/P91為例，它們的組織特點是細小的回火板條馬氏體，馬氏體板條在高溫回火時并不發(fā)生令板條解體的再結(jié)晶，而是只發(fā)生高溫回復，馬氏體相變時在板條內(nèi)形成的亞晶已發(fā)育了較為完整的位錯網(wǎng)絡(luò)，碳化物主要是 M23C6 型和 MC 型，碳化物粒子在板條界或板條內(nèi)析出，多呈短條形；熱處理后為回火板條馬氏體組織。 

T/P91 鋼的復合強化機理可以表述如下： 

①組織強化（即生成馬氏體的過飽和固溶強化） ；②晶界強化（晶粒的細化和板條馬氏體的胞狀細晶以及亞結(jié)構(gòu)增加了晶界面提高了強度） ；③位錯強化（板條內(nèi)形成的亞晶發(fā)育了較完整的位錯網(wǎng)絡(luò)，提高了鋼的抗變形能力） ；④彌散強化（即回火過程中生成的 M23C6 型和 MC型碳化物，穩(wěn)定、細小、彌散分布在馬氏體的α-Fe基體上，碳化物顆粒數(shù)量越多，間距越小時，釘扎作用就越大，形變時位錯運動所遇到的阻力就越大，強化作用越大，這是它熱強性能高的主要因素） ；⑤沉淀強化（T/P91 鋼主要通過改變析出物的類型和數(shù)量來提升強度，一方面，M23C6｛ （Cr、Fe、Mo）23C6｝在亞晶界析出，并阻止亞晶界長大；另一方面，T/P91 中加入有強碳化物形成元素 V、Nb、N，也能形成 MX型碳化物｛ （V、Nb） （C、N） ｝沉淀，并在亞晶界上析出，起到釘扎自由位錯的作用，同時阻止Mo、Cr 向碳化物中轉(zhuǎn)移而延緩Ostwald 熟化（即第二相顆粒的聚集長大）進程。 

新型馬氏體耐熱鋼其理想的組織結(jié)構(gòu)和精心設(shè)計的復合強化，決定了它優(yōu)異的力學性能。從金屬學冶金理論和組織結(jié)構(gòu)學來評價，可以說這些鋼以近似完美的化學成分設(shè)計和高科技精益求精的煉鋼技術(shù)，較好地實現(xiàn)了板條馬氏體強化、晶界強化、位錯強化、顆粒強化與固溶強化的結(jié)合。 火力電站機組之所以選擇馬氏體耐熱鋼材料正是由于這類鋼具有優(yōu)異的高溫持久強度和良好的高溫抗氧化及耐腐蝕性能。馬氏體鋼與抗氧化性能更好的奧氏體不銹鋼相比，其優(yōu)勢在于具有低的熱膨脹系數(shù)和高的熱傳導率，這將會在溫度變化時降低熱應力，因此可以提高抗熱疲勞性能。在火力發(fā)電廠運行期間，這意味著機組啟?；蚋淖兂隽r的加熱、冷卻速率對材料的影響程度減小。

2 馬氏體耐熱鋼在火力發(fā)電廠中的應用 

馬氏體耐熱鋼（尤其是新型馬氏體耐熱鋼）在現(xiàn)代火力發(fā)電廠尤其是超（超）臨界中的應用較廣。例如主蒸汽管道、高壓旁路管道、再熱蒸汽熱段管道、高中壓導汽管等，已普遍使用 P91 或P92鋼，替代了尚未退役機組中的10CrMo910（貝氏體鋼）的使用領(lǐng)域；一些原本使用 12Cr1MoV 或 P22 等材料的高溫蒸汽聯(lián)通管道和集箱，由于機組溫度和壓力參數(shù)的提高，設(shè)計人員也開始選用了馬氏體耐熱鋼；鍋爐高溫過熱器管、高溫再熱器管更是大量采用了馬氏體鋼，種類有SA213-T9、T91、T92 、T122等； 除此之外，汽輪機葉片也大多采用馬氏體耐熱鋼。 

超臨界鍋爐由于蒸汽參數(shù)的提高，其鋼材的工作環(huán)境更為惡劣，要求鋼材具有更高的熱強度、更高的抗高溫煙氣氧化腐蝕和抗高溫汽水介質(zhì)腐蝕的特性、良好的焊接性和加工工藝性能。對其鋼材性能要求的原則是： 

　　?。?）滿足部件工作溫度的需要，相對低的材料價格； 

　　?。?）工作溫度下具有很高的持久強度、蠕變強度或抗松弛性能； 

　　?。?）金相組織穩(wěn)定，無常溫脆性和長期時效脆性； 

　　?。?）抗蒸汽氧化、煙氣腐蝕及應力腐蝕； 

　　?。?）良好的焊接性并易于冷、熱加工。
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