新型馬氏體耐熱鋼的強化機理和在火力發電廠中的應用 

1 新型馬氏體耐熱鋼的強化機理 

了解了馬氏體相變過程和在回火過程中的組織轉變之后，對新型馬氏體耐熱鋼的組織特點也就迎刃而解了。以 T/P91為例，它們的組織特點是細小的回火板條馬氏體，馬氏體板條在高溫回火時并不發生令板條解體的再結晶，而是只發生高溫回復，馬氏體相變時在板條內形成的亞晶已發育了較為完整的位錯網絡，碳化物主要是 M23C6 型和 MC 型，碳化物粒子在板條界或板條內析出，多呈短條形；熱處理后為回火板條馬氏體組織。 

T/P91 鋼的復合強化機理可以表述如下： 

①組織強化（即生成馬氏體的過飽和固溶強化） ；②晶界強化（晶粒的細化和板條馬氏體的胞狀細晶以及亞結構增加了晶界面提高了強度） ；③位錯強化（板條內形成的亞晶發育了較完整的位錯網絡，提高了鋼的抗變形能力） ；④彌散強化（即回火過程中生成的 M23C6 型和 MC型碳化物，穩定、細小、彌散分布在馬氏體的α-Fe基體上，碳化物顆粒數量越多，間距越小時，釘扎作用就越大，形變時位錯運動所遇到的阻力就越大，強化作用越大，這是它熱強性能高的主要因素） ；⑤沉淀強化（T/P91 鋼主要通過改變析出物的類型和數量來提升強度，一方面，M23C6｛ （Cr、Fe、Mo）23C6｝在亞晶界析出，并阻止亞晶界長大；另一方面，T/P91 中加入有強碳化物形成元素 V、Nb、N，也能形成 MX型碳化物｛ （V、Nb） （C、N） ｝沉淀，并在亞晶界上析出，起到釘扎自由位錯的作用，同時阻止Mo、Cr 向碳化物中轉移而延緩Ostwald 熟化（即第二相顆粒的聚集長大）進程。 

新型馬氏體耐熱鋼其理想的組織結構和精心設計的復合強化，決定了它優異的力學性能。從金屬學冶金理論和組織結構學來評價，可以說這些鋼以近似完美的化學成分設計和高科技精益求精的煉鋼技術，較好地實現了板條馬氏體強化、晶界強化、位錯強化、顆粒強化與固溶強化的結合。 火力電站機組之所以選擇馬氏體耐熱鋼材料正是由于這類鋼具有優異的高溫持久強度和良好的高溫抗氧化及耐腐蝕性能。馬氏體鋼與抗氧化性能更好的奧氏體不銹鋼相比，其優勢在于具有低的熱膨脹系數和高的熱傳導率，這將會在溫度變化時降低熱應力，因此可以提高抗熱疲勞性能。在火力發電廠運行期間，這意味著機組啟停或改變出力時的加熱、冷卻速率對材料的影響程度減小。

2 馬氏體耐熱鋼在火力發電廠中的應用 

馬氏體耐熱鋼（尤其是新型馬氏體耐熱鋼）在現代火力發電廠尤其是超（超）臨界中的應用較廣。例如主蒸汽管道、高壓旁路管道、再熱蒸汽熱段管道、高中壓導汽管等，已普遍使用 P91 或P92鋼，替代了尚未退役機組中的10CrMo910（貝氏體鋼）的使用領域；一些原本使用 12Cr1MoV 或 P22 等材料的高溫蒸汽聯通管道和集箱，由于機組溫度和壓力參數的提高，設計人員也開始選用了馬氏體耐熱鋼；鍋爐高溫過熱器管、高溫再熱器管更是大量采用了馬氏體鋼，種類有SA213-T9、T91、T92 、T122等； 除此之外，汽輪機葉片也大多采用馬氏體耐熱鋼。 

超臨界鍋爐由于蒸汽參數的提高，其鋼材的工作環境更為惡劣，要求鋼材具有更高的熱強度、更高的抗高溫煙氣氧化腐蝕和抗高溫汽水介質腐蝕的特性、良好的焊接性和加工工藝性能。對其鋼材性能要求的原則是： 

　　　（1）滿足部件工作溫度的需要，相對低的材料價格； 

　　　（2）工作溫度下具有很高的持久強度、蠕變強度或抗松弛性能； 

　　　（3）金相組織穩定，無常溫脆性和長期時效脆性； 

　　　（4）抗蒸汽氧化、煙氣腐蝕及應力腐蝕； 

　　　（5）良好的焊接性并易于冷、熱加工。
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