国产p91钢形变与断裂机理研究

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1、国产P91钢形变与断裂机理研究学科：材料加工工程研究生签名互尔得指导教师签名：抄摘要P91钢是美国上世纪七十年代研制开发的火力发电厂锅炉蒸汽管道、集热箱、再热器、蒸汽导管等用热强钢，该钢具有高的许用应力，高的持久强度，高的蠕变抗力，高的疲劳强度，高的热导率，良好的焊接性，较好的抗蚀性，以及适中的价格。当今美、欧、同等先进国家的火力发电厂已普遍使用了P9l钢，取得了良好的经济效益。我国于“八血”期间引进了该钢种，并进行了国产化研究与生产，10Cr9M01VNb钢就是P9l的国产化新钢种，但10Cr9MolVNb钢的研究和生产尚存在诸多问题，

2、钢管质量比先进国家的P91钢有较大差距，难以应用到火力发电厂，为解决我国10Cr9M01VNb钢性能比先进国家有较大差距这一问题，本文调研了P91钢国产化中存在的理论认识、生产工艺、钢管质量、工程应用等的现实状况，开展了该钢的组织结构、强化机理、形变断裂等冶金和材料的一些理论问题的应用理论研究。热强性与形变断裂的理论研究表明，P91钢的室温强塑性优良，屈服强度o。的平均值为590，74MPa，标准偏差s为49．68MPa：抗拉强度口。的平均值为742．12lItPa，标准偏差s为38．00MPa；强韧性优良，V形缺口夏氏试样吸收的冲击总破

3、断功达180J，无脆断分量，断口呈现微孑L聚合纤维状韧性断口特征，启裂岭区宽达2mm，前放射扩展区与后纤维扩展区合并为纤维扩展区。P9l钢的高温热强性优良，包括优良的静力强塑性和动力强韧性，566℃时的0．2％最小保证强度达290Mpa以上，10强持久强度达90MPa，冲击总破断功达160J，无脆断分量。高温使P／T9l钢的静力强度的屈强比由室温时的0．76增大至566℃时的0．92，动力抗弯强度的屈强比由室温时的0．85增大至566℃时的0．91，这有利于钢强度潜力和蠕变抗力的发挥。566℃高温使P／T9l钢的静力均匀塑性显著减小，而局

4、集塑性增大，因此导致伸长率减小和面缩率增大，颈缩提前。高温使P／T91钢的动力裂纹形成功A，明显降低，而裂纹扩展功A。基本保持不变，总破断功仅稍有降低；断口的塑性变形特别显著。本文研究了室温和566℃高温时屈服至颈缩的均匀塑性变形过程中的形变强化规律，室温时分为屈服形变强化、前均匀形变强化、后均匀形变强化三个阶段；566℃时分为屈服形变强化和均匀形变强化两个阶段。它们都遵守H。llomon方程，566℃时的屈服形变强化指数较室温者高出60％，这对于钢在高温的安全服役是有利的，这是由于566℃的屈服形变是多系滑移，而室温的屈服形变是单系滑移

5、造成的。566℃的均匀形变强化指数显著小于室温者，则是高温时发生的动态回复软化的结果。这就使得钢在566。C时的均匀塑性变形能力减弱和局集塑性变形能力增大。室温局集塑性变形在矿=9％～70％的整个颈缩过程中，随着颈缩量的增大，回火板条马氏体顺拉伸方向伸长变形，直至组织被拉成纤维状，但马氏体板条仍清淅可辨，无裂纹和孔洞出现。组织纤维伸长增量4￡随颈缩面缩率扩的增大而加速，并且遵从d￡=O．0645l扩。”““规律。P9l钢裂纹生长的机理是裂纹前沿和孔洞之间以颈缩聚合相连：裂纹扩展的机理是裂纹前沿和孔洞之间以剪切裂纹相连。两种机理共同的必备前

6、提是，裂纹前沿发生强烈的塑性变形和形变强化，裂纹内部因塑性变形和形变强化而出现颈缩，裂纹尖端因塑性变形和形变强化而发生钝化．裂纹前沿的塑性变形区在发生强烈的形变强化后出现微孔洞，数个微孔洞因内部颈缩和聚集合并丽出现孔洞长大。P9l钢的表观启裂韧度上值高达纵向420．9kJ／m2，横向386kJ／m2。0．2延性断裂韧度，，。只有用更大尺寸的试样刁+能获得，这表明P91的断裂韧度优良。关键词：P91钢，形变强化，裂纹扩展，断裂机理，断裂韧度DeformationandfracturemechanismofP91steelinChinaDis

7、cipline：MaterialsProcessingEngineeringStudentSignatureSupervisorSibnatuAbstractSincedevelopedinUSAin1970sfortheboilerwatervaporpipelines，heatcollectors，reheatersandwatervaporguidetubeinthermalpowerstation，T91andP91steelshavebeenwidelyemployedinthermalpowerstationindevelop

8、edcountries，e．g．USA，EuropeandJapan．P91wasintroducedintoourcountryin‘Eight-five’period．Howeverman