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9CrODS铁素体系耐热钢热处理的研究动向
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-11-11
9CrODS（Oxide Dispersion Strengthened：氧化物弥散强化）铁素体钢是指纳米氧化物晶粒在马氏体和铁素体的双相组织中弥散的高强度材料，它不仅可用作新一代快中子反应堆和核聚变反应堆的材料，而且可以用作新一代A-USC高温材料。
在耐热材料中频繁出现的“A-USC”一词是指发电蒸汽温度超过700℃的先进的超超临界（Advanced-Ultra Super Critical）火力发电机组。
9CrODS（Oxide Dispersion Strengthened：氧化物弥散强化）铁素体钢是指纳米氧化物晶粒在马氏体和铁素体的双相组织中弥散的高强度材料，它不仅可用作新一代快中子反应堆和核聚变反应堆的材料，而且可以用作新一代A-USC高温材料。因此，利用热轧控制9CrODS铁素体钢的组织，并对700℃时的抗拉强度和蠕变强度进行了评价。
以前，为获得有关Gr.91钢伴随蠕变的氢析出特性变化的基础知识，采用加热脱离分析法对蠕变断裂材在氢加注后的氢析出曲线进行了测定。结果可知，虽然氢的析出特性完全不受加热时效的影响，但因蠕变现象的不同会产生很大的变化。因此，在各种试验条件下制作的蠕变断续材中添加了氢，对伴随蠕变发生（蠕变寿命消耗）的氢析出特性变化，尤其是蠕变试验条件对这些氢析出特性变化的影响进行了系统的调查，并对基于氢析出特性变化的蠕变剩余寿命评价的可能性进行了研究。
随着人们对能源资源和环保问题的关注度越来越大，作为确保未来电源的稳定输送和电力的恒久供给的有效手段之一是煤炭火力发电。采用煤炭火力发电方式时，要特别重视耐热钢的蠕变特性。铁素体系耐热钢主要用于煤炭火力发电设备的配管，由于其热膨胀率低和价格便宜，因此比价格高的奥氏体系耐热钢更具有优势，但由于铁素体系耐热钢的蠕变强度较低，因此从提高发电设备热交换率的观点来看，必须做一些改进，推进铁素体系耐热钢的研究开发。其中，含有W和B的9%Cr-1.8%WNbVNB钢（ASME Gr.92钢：下称“Gr.92钢”）即使在600℃的高温蒸汽下，也具有良好的蠕变强度，在美国和日本已制定了Gr.92钢的标准，并应用于实际。今后为能在更高的蒸汽条件下采用高温高压方式进行高效发电，必须彻底弄清提高蠕变断裂强度的因素，确立材料的设计方针。
改进后的9Cr-1Mo钢具有良好的蠕变特性，是制作超超临界压力火力发电设备的主蒸汽管和集管不可或缺的材料，因此已被广泛采用。最近，Kimura等人对9Cr-1Mo钢的蠕变强度受加热温差影响的原因进行了调查，发现在初期组织中存在铁素体相的情况下，蠕变断裂强度会明显下降。因此，为弄清该钢组织中相残余的原因，对相的组织形态和溶化行为进行了调查，并对其形成的过程进行了研究。
有研究报告指出，如果增加高Cr钢的Cr添加量，在蠕变或时效过程中会促使作为复合氮化物的Z相的析出，因此12Cr钢的长时间蠕变强度会明显下降。还有的研究报告指出，在高Cr钢中除了添加Cr外，还添加了许多的元素，例如添加Co会促进Z相的析出。即使是相同的钢种，有时在标准范围内添加微量元素的量是不同的，因此研究Z相的析出行为会受加热温差的影响是很重要的。而且，有关Z相析出行为的调查，有的是对不同的时效材进行调查，有的是对不同的断裂材进行调查，有关蠕变变形或应力对Z相析出的影响并不明确。因此，有研究报告就ASME Cr91钢的蠕变变形对不同加热温差的Z相析出行为的影响进行了调查。
从铁素体系耐热钢焊接接头母材和焊接金属来看，伴随着小线输入能量的多道次焊接时的热滞后，会形成局部恢复的热影响区（HAZ），其组织变化与焊接热循环时的最高温度和热循环数有关。其中，在焊接接合面和母材之间形成的HAZ细晶粒组织不稳定，混在该组织中的微细晶粒是控制Ⅳ型损伤的因素之一。因此，许多人提出了从HAZ细晶粒区域的形成过程到抑制晶粒细化的合金设计方案的想法。另一方面，虽然有时与母材相同的焊接金属也会形成HAZ，但其形成过程尚不明确。因此，有研究者使用能再现模拟HAZ的焊接热处理材，调查了母材和焊接金属的HAZ形成过程的差异。
高Cr铁素体系耐热钢的最大问题是Ⅳ型损伤会导致接头的长时间蠕变断裂寿命明显下降。以往，对Ⅳ型损伤的发生机理进行了研究，指出在HAZ细晶粒区域的原始晶界和块状界面中，造成晶界强化不足的主要因素是M23C6。另外，当母材中的B添加量为100ppm时，在焊接热循环时由于剪断型的逆相变，因此会再现原始组织，在其晶界和块状界面上，由于M23C6会充分析出，因此可以防止Ⅳ型损伤的发生。但是，在原始晶界附近，有微细的原始残余，担心它会影响蠕变特性。因此，有研究报告就微细的原始组织对蠕变特性的影响进行了调查。
高铬铁素体耐热钢广泛用作超超临界火力发电机组的高温结构部件材，为机组的高效发电做出了巨大的贡献。但是，由于存在着长时间蠕变强度下降和熔接部强度下降的问题，因此SHC委员会于2004年和2005年对长时间蠕变强度进行了评价，并对允许的抗拉应力进行了重新认识，同时对焊接接头强度的下降系数和蠕变寿命的评价方式进行了研究。
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