ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 5
1.1 Высокохромистые стали мартенситного класса 5
1.2 Основные легирующие эленменты в высокохромистых мартенситных теплотехнических сталях и их влияние на микроструктуру и фазовый состав. 6
1.3 Основные механизмы упрочнения в сталях мартенситного класса,
содержащих 9-12% Сг 8
1.4 Термическая обработка сталей мартенситного класса с 9-12% Сг 11
1.5 Влияние старения и ползучести на микроструктуру высокохромистой
стали мартенситного класса 14
1.6 Постановка задачи исследования 16
Глава 2 ОПИСАНИЕ МАТЕРИАЛА И МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЙ 18
2.1 Материал исследования 18
2.2 Методика проведения испытаний на длительную прочность и
ползучесть 19
2.3 Методы подготовки образцов 19
2.4 Методы исследования микроструктуры 20
2.5 Методика определения разориентировки границ с помощью ПЭМ 21
Глава 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 23
3.1 Микроструктура стали 10Х9В2МФБР после стандартной термической
обработки 23
3.2 Результаты испытаний на ползучесть стали 10Х9В2МФБР 24
3.3 Изменение микроструктуры стали 10Х9В2МФБР после ползучести и
длительного старения при 650°С 26
3.4 Обсуждение результатов 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Повышение коэффициента полезного действия (КПД) угольных электростанций имеет ключевое значение для сокращения выбросов в атмосферу CO2 и для повышения экономичности энергетических установок. Повышение КПД возможно только при увеличении рабочей температуры и давления пара, вырабатываемого в котельной установке и подаваемого в турбину, которая приводит в движение ротор генератора электрического тока. Переход на повышенные параметры пара требует разработки новых сталей, которые смогут выдерживать высокие температуры и давления на протяжении всего срока эксплуатации энергетической установки. Недавно специалистами ОАО НПО “ЦНИИТМАШ” была разработана сталь 10Х9В2МФБР мартенситного класса для работы при суперсверхкритических параметрах пара (T = 600-620oC, P = 250-340 атмосфер) [1]. Она является российским аналогом американской стали P92 и предназначена для изготовления труб главных паропроводов, работающих при температурах до 6200C [2]. Сталь обладает высокой жаропрочностью и повышенным сопротивлением окислению, хорошей свариваемостью. Высокая жаропрочность достигается благодаря комплексному легированию, обеспечивающему как твердорастворное, так и дисперсионное упрочнение. Дислокационная структура мартенсита, которая сохраняется в стали 10Х9В2МФБР при отпуске благодаря выделению большого количества дисперсных частиц, вносит дополнительный вклад в упрочнение т. к., является источником высоких внутренних напряжений. Твердорастворное упрочнение достигается благодаря легированию вольфрамом и молибденом, которые замедляют диффузионные процессы. Дисперсионное упрочнение обеспечивают карбиды Ме23С6 выделяющиеся при отпуске преимущественно по границам исходных аустенитных зерен, блоков, пакетов, реек, и карбонитриды Ме^^), выделяющиеся однородно по структуре.
Стабильность фазового состава при ползучести играет ключевую роль в
жаропрочности мартенситных сталей [1-4]. Как было показано [1-6], структура и фазовый состав сталей с 9% хрома не является равновесным и стабильным в условиях их эксплуатации. Закономерности структурных изменений сталей типа 10Х9В2МФБР в условиях высокотемпературной ползучести не достаточно полно исследованы для их применения в Российской Федерации. Микроструктурные изменения, происходящие в таких сталях под воздействием кратковременной (менее 100 часов), длительной (более 12000 часов) ползучести и длительном старении (более 12000 часов) при 650°C не достаточно подробно исследованы. Целью данной работы является исследовать методом просвечивающей электронной микроскопии реплик и фольг фазовый состав и микроструктуру стали 10Х9В2МФБР после ползучести и старения при температуре 650°C и напряжениях 80, 100 и 140 МПа. В данной работе основное внимание уделено исследованию изменения фазового состава, размера частиц, размера реек и плотности дислокаций при ползучести и старении в течение 77, 2298 и 12500 часов при температуре 650°C.
Структурные изменения в мартенситной жаропрочной стали 10Х9В2МФБР исследованы после испытаний на ползучесть и длительное старение при 650oC в течение 77 часов, 2298 часов и 12500 часа. По результатам исследования могут быть сделаны следующие выводы:
1. Кратковременная ползучесть в течение 77 часов при 6500С приводит к выделению фазы Лавеса, ее размер составил 117 нм. Размер реек составляет 765 нм, плотность дислокаций 2,4х1014 м-2 . Размер карбидов Ме23Сб составил 102 нм, а размер карбонитридов Me(C,N) составил 53 нм.
2. Ползучесть при 6500С в течение 2298 часов приводит к увеличению размера реек до 1,13 мкм, плотность дислокаций составила 1,13х1014 м-2. Происходит постепенный рост фазы Лавеса до 216 нм. Размер карбидов Ме23Сб составил 152 нм. Размер карбонитридов Me(C,N) составил 56 нм.
3. Долговременная ползучесть в течение 12500 часов приводит к увеличению размера реек до 1,19 мкм и падению плотности дислокаций до 3,9х 1013 м-2. Происходит рост фазы Лавеса до 502 нм и рост карбидов Ме23Сб до 197 нм. Размер карбонитридов Me(C,N) составил 66 нм.
4. Старение при 6500С в течении 2298 часов не оказывает значительного изменения на микроструктуру стали. Происходит незначительный рост реек до 0,38 мкм, плотность дислокаций уменьшается до 5,8х1014 м-2. При старении происходит рост карбидов до 130 нм, а так же выделение и рост фазы Лавеса, средний размер которой составил 591 нм.
5. Длительное старение при 6500С в течении 12500 часов приводит к увеличению размера реек до 420 нм и уменьшению плотности дислокаций до 4,7х1013 м-2 . При длительном старении происходит рост карбидов , а также рост фазы Лавеса по границам блоков и пакетов. Средний размер частиц карбидов после длительного старения составил 157 нм, а фазы Лавеса 591 нм
