Grade 91耐热钢的硬度与持久强度、许用应力和运行/剩余寿命的相关性研究

利用不同硬度Grade 91钢试件的持久强度数据研究该钢硬度与持久强度和最大许用应力的相关性.结果表明,采用系列硬度试件所做确定温度和外力下的持久实验同时存在性能高估和低估现象,将这些数据综合在一起预测/外推钢的持久强度与实际值差距较大,利用由此确定的105 h持久强度计算得到的最大许用应力对应用产生不完全符合实际的影响.同时研究得到Grade 91钢在确定温度下满足最大许用应力的硬度下限的确定方法:对于硬度在201(205)HBW及其以上的Grade 91钢部件,在575(600)℃及其以下温度运行时可满足ASME BPVC 2019版规范对Type 1和Type 2型材料最大许用应力的要求;硬度在204HBW及其以上的Grade 91钢部件在575℃及其以下温度运行时可满足ASME BPVC 2017版规范对壁厚大于75 mm部件最大许用应力的要求.因此,在已有硬度范围规定(ASME BPVC 2017-2019对Grade 91钢:190～250HBW)的情况下,下调最大许用应力的ASME BPVC 2019新规范给现有硬度范围下限的实施带来一定困难,即满足该硬度下限要求却不能满足最大许用应力要求.为解决这一问题未来有必要上调硬度下限值.此外,研究了Grade 91钢运行/剩余寿命评估算法中利用短时实验数据外延105 h持久强度的函数优化.结果表明,现用算法采用幂函数拟合存在性能高估现象,若采用对数函数将不同硬度试件的持久数据分开拟合则可明显提高与实验数据的吻合性;在此基础上研究所得已知运行条件下部件厚度-硬度-运行/剩余寿命的关系将安全性评估的技术参数融为一体,可体现该方法的适用性、可靠性和直观性.以上研究结果可供相关标准修订和工业实际应用参考.     

P92钢625℃持久实验过程中试件特征部位相参量的变化EI北大核心CSCD

采用扫描电镜背散射电子成像(SEM-BSE)、X射线能谱(EDS)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)衍衬像和复相分离技术(MPST)分别研究P92钢在625℃持久实验条件(110~180 MPa)下试件特征部位(断口附近和夹持端)相参量与力学性能的变化。结果表明:在相同持久时间下,与可视为无应力作用的试件夹持端相比,应力集中的断口附近M23C6相和Laves相析出量较大,M23C6相粗化且马氏体板条变宽,基体中Cr,W元素的浓度和小角度晶界的比例较小,马氏体向铁素体转化程度较大,硬度下降。由此可见,无应力时效过程中试样所发生的显微组织演化及其所对应的性能不能表征相同时间条件下有应力部位的真实情况。     

P91钢焊缝650 ℃时效黑线缺陷分析

将P91钢焊缝在650 ℃分别时效210、1000、3000和5000 h,采用扫描电镜-X射线能谱分析(SEM-EDS)和复相分离技术(MPST)研究了焊缝黑线/正常组织区域的合金元素(Cr、Mo)的分布变化以及M₂₃C₆体积分数变化。结果表明,焊缝黑线缺陷区域组织由δ-铁素体和周边析出相M₂₃C₆组成,黑线组织上有显微裂纹和显微孔洞;黑线组织区域的Cr_eq较大,促进了δ-铁素体的生成;随着时效时间的延长,黑线组织区域基体中贫Cr较正常区域严重,M₂₃C₆相所占体积分数更多,且颗粒更易粗化。     

P92钢焊缝中黑线组织研究

文中对P92钢焊缝中发现的黑线组织进行了相关研究,表明此黑线组织是成分偏析所致,主要由两侧的M23C6和心部δ-铁素体组成,黑线组织上同时存在显微裂纹及孔洞。该黑线组织对焊缝的力学性能存在一定的不利影响。一旦黑线组织存在于焊缝组织中,通过时效热处理并不能消除。     

P92钢奥氏体化后的冷却方式对650℃时效组织及硬度稳定性的影响

采用扫描电镜二次电子/背散射成像模式(SEM-SE/BSE)、能谱分析(EDS)和复相分离技术(MPST)研究P92钢试样于1060℃/1h奥氏体化后以不同方式冷却(空冷/置炉门口冷:缓冷)经760℃/2h回火(空冷)后再经650℃时效后的组织及硬度的稳定性。结果表明:P92钢时效后的显微组织均为基体相与析出相(M₂₃C_6相和Laves相);奥氏体化后冷却方式对650℃时效后组织及试样硬度有明显影响:缓冷时效试样的析出总量大而硬度低,且Laves相的体积分数/颗粒粗化倾向明显较大,M₂₃C_6相体积分数较小;在650℃时效1000h和3000h期间,空/缓冷时效试样的硬度基本不变/下降;此外,650℃时效试样组织及硬度的稳定性与过冷奥氏体及马氏体的稳定性有关。因此,工业现场管道奥氏体化后应尽快散热。