马氏体耐热钢的应用研究与评价

目录

前言

第1章 耐热合金钢与马氏体耐热钢 1

1.1 火力发电技术的发展及其对材料的要求 1

1.2 耐热合金钢及其应用 4

1.2.1 概述 4

1.2.2 低合金(含1%～3%Cr)耐热钢 5

1.2.3 马氏体耐热钢 7

1.2.4 奥氏体耐热钢 10

1.2.5 其他耐热材料 13

1.3 12 Cr马氏体耐热钢 14

1.4 9 Cr马氏体耐热钢 14

1.4.1 T/P91 15

1.4.2 T/P92 16

1.5 马氏体耐热钢的发展与未来 17

1.5.1 铁素体耐热钢的发展进程 17

1.5.2 马氏体耐热钢的发展 23

参考文献 27

第2章 马氏体耐热钢的冶金物理基础 33

2.1 马氏体耐热钢的发展背景 33

2.2 合金元素及其作用 34

2.3 马氏体耐热钢的强韧化机理 41

2.4 合金碳化物与析出强化 46

2.4.1 常见的合金碳化物 48

2.4.2 时效处理与析出强化 51

2.4.3 马氏体耐热合金钢强韧化的其他途径 52

2.5 总结 56

参考文献 57

第3章 马氏体耐热钢的性能与应用规范 65

3.1 X20CrMoV12-1马氏体耐热钢 65

3.1.1 X20马氏体耐热钢相关的标准规范 65

3.1.2 X20的力学性能 68

3.1.3 X20的蠕变性能 69

3.1.4 X20的疲劳行为 73

3.1.5 X20的物理性能 74

3.2 T/P91耐热钢 75

3.2.1 T/P91相关的标准规范 76

3.2.2 T/P91的力学性能 78

3.2.3 T/P91的物理性能 78

3.2.4 T/P91的蠕变性能与应用性能 78

3.2.5 T/P91和X20 等比较 81

3.2.6 T/P91钢的应用 83

3.3 T/P92耐热钢 83

3.3.1 T/P92相关的标准规范及性能要求 84

3.3.2 T/P92的力学性能 85

3.4 其他马氏体耐热钢 87

参考文献 94

第4章 马氏体耐热钢的组织结构与亚结构 96

4.1 引言 96

4.2 马氏体耐热钢组织结构和亚结构 96

4.2.1 马氏体耐热钢的晶粒度 98

4.2.2 马氏体板条组织 100

4.3 马氏体耐热钢中的第二相及其结构 101

4.4 马氏体耐热钢中的碳化物M23C6 102

4.5 马氏体耐热钢中的碳氮化合物MX 104

4.5.1 马氏体耐热钢中的碳氮化合物MX及其成分和形态 104

4.5.2 MX的析出行为 106

4.6 Laves相 107

4.6.1 概述 107

4.6.2 Laves相析出和蠕变性能相关性 108

4.6.3 化学成分影响 111

4.7 Z 相 113

4.7.1 Z 相概述 113

4.7.2 化学成分对析出的影响 114

4.7.3 热处理的影响 115

4.7.4 蠕变对Z相析出的影响 116

4.7.5 热力学计算结果 117

4.8 δ-铁素体 121

4.8.1 马氏体耐热钢中δ-Fe相的产生及其影响 121

4.8.2 化学成分对δ-Fe相体积分数的影响 123

4.8.3 加工温度对δ-Fe相体积分数的影响 124

4.9 钢中C含量对碳化物析出行为的影响 125

参考文献 129

第5章 马氏体耐热钢的长期蠕变性能与服役行为 136

5.1 引言 136

5.2 蠕变规律和蠕变断裂理论 137

5.2.1 蠕变一般规律 137

5.2.2 蠕变断裂机制 139

5.3 蠕变特性和微观结构关系 144

5.3.1 马氏体耐热钢的组织结构状态和蠕变特性 144

5.3.2 蠕变和微观结构演变 149

5.3.3 蠕变损伤和蠕变断裂 156

5.3.4 组织结构演变的模型化 158

5.4 实际服役条件下X20耐热钢的性能和组织结构演变 162

5.4.1 长期服役X20主蒸汽管道的性能和组织结构 162

5.4.2 长期服役X20炉管的损伤行为与环境相关 175

5.5 9Cr马氏体耐热钢长期服役条件下的损伤行为 182

5.6 工程实际服役条件下蠕变行为的特殊性 183

参考文献 185

第6章 马氏体耐热钢的疲劳和蠕变-疲劳行为 189

6.1 引言 189

6.2 马氏体耐热钢的疲劳与蠕变交互作用 190

6.2.1 蠕变-疲劳的研究方法 190

6.2.2 蠕变-疲劳交互作用的主要影响因素 194

6.3 蠕变-疲劳交互作用的组织结构演变和断裂特征 202

6.3.1 蠕变-疲劳组织结构演变 202

6.3.2 蠕变-疲劳断裂物理特征 205

6.3.3 蠕变-疲劳裂纹扩展断裂力学模型 207

6.4 蠕变-疲劳寿命预测 212

6.4.1 寿命分数模型 212

6.4.2 延性损耗模型 213

6.4.3 断裂力学模型 215

参考文献 217

第7章 马氏体耐热钢长期服役组织结构演变与寿命相关性 223

7.1 铁素体耐热钢组织结构演变与分级物理基础 223

7.1.1 铁素体耐热钢的微观组织演变分级 224

7.1.2 碳化物粗化和粗化系数 225

7.1.3 晶界孔洞形成与分级 226

7.1.4 蠕变孔洞晶界比例A 参数 229

7.2 微观组织演变损伤图谱与Neubauer分级 231

7.3 性能减损和结构演变与寿命相关性 233

7.3.1 关于马氏体耐热钢材料寿命问题的研究 233

7.3.2 硬度变化和寿命关系 234

7.3.3 晶格常数 236

7.3.4 碳化物演变与寿命相关性 240

参考文献 244

第8章 马氏体耐热钢的寿命评价与失效 247

8.1 高温蠕变寿命及一些预测理论 247

8.1.1 持久强度计算及其可靠性问题 252

8.1.2 Larson-Miller参数 255

8.1.3 Z 参数 256

8.2 电站设备运行安全和寿命评估过程分析 257

8.2.1 电站运行安全与评价方法 257

8.2.2 设备寿命评价准则和方法比较 260

8.2.3 寿命评价案例 263

8.3 马氏体耐热钢异常服役行为和失效现象 267

8.3.1 焊接区失效 267

8.3.2 高温氧化 269

8.3.3 氢脆 278

8.3.4 异常服役行为及其破坏性 280

参考文献 2842100433B

马氏体耐热钢具有突出的高温性能和良好的加工性能，是能源动力领域高温高压设备中应用*为广泛的特种钢，也是高温高压设备更新换代的主选材料。马氏体耐热钢具有相似的组织结构，其特殊的板条马氏体组织和二次沉淀强化对材料的高温性能有显著贡献。马氏体耐热钢设备在高温高压条件下长期服役会造成材料性能减退和失效，因此马氏体耐热钢设备寿命评价是设备运行安全和管理重点关注的议题。本书不仅介绍了马氏体耐热钢的一般服役行为和损伤规律，也叙述了国际上有关马氏体耐热钢寿命评价的一般方法、相关寿命理论及其**进展。

马氏体不锈钢，是通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢。

中文名称

马氏体耐热钢

英文名称

martensitic heat resistant steel

定　　义

热处理正火后得到马氏体组织或马氏体加贝氏体(包括少量铁素体)组织的中高合金耐热钢。含铬量在5%~13%之间，有较好的综合性能。火电厂中主要用于550~650℃高温、高应力的锅炉受热面、蒸汽管道和汽轮机叶片等部件。

应用学科

电力（一级学科），热工自动化、电厂化学与金属（二级学科）

传统概念认为板条马氏体是低碳钢中马氏体相变产物，亚结构是位错；高碳钢中马氏体相变产物是孪晶马氏体，亚结构是孪晶。但在超高碳钢中，这一概念近期受到了挑战。1.4％C含量的超高碳钢中形成了大量的板条马氏体，已进行的工作表明，超细奥氏体晶粒是产生这一现象的主要原因。滑移与孪晶分切应力随晶粒尺寸减小增加速率不一致，在某一尺度下两者出现了转化，导致滑移分切应力更小，因而出现大量板条马氏体。从这一原理推论，晶粒进一步细化到亚微米或纳米数量级，高碳钢中会出现马氏体相变以板条马氏体为主的现象，将会得到高碳板条马氏体新型组织以及新概念。利用这一概念有可能开发出高强度、高韧性、低成本的新钢种。本项目以超高碳钢为基础，研究细化晶粒后马氏体相变的亚结构，测试其力学性能，为开发高强度高韧性材料提供基础。