批发马氏体耐热钢|马氏体耐热钢应用介绍

新型马氏体耐热钢的强化机理和在火力发电厂中的应用 

1 新型马氏体耐热钢的强化机理 

了解了马氏体相变过程和在回火过程中的组织转变之后，对新型马氏体耐热钢的组织特点也就迎刃而解了。以 T/P91为例，它们的组织特点是细小的回火板条马氏体，马氏体板条在高温回火时并不发生令板条解体的再结晶，而是只发生高温回复，马氏体相变时在板条内形成的亚晶已发育了较为完整的位错网络，碳化物主要是 M23C6 型和 MC 型，碳化物粒子在板条界或板条内析出，多呈短条形；热处理后为回火板条马氏体组织。 

T/P91 钢的复合强化机理可以表述如下： 

①组织强化（即生成马氏体的过饱和固溶强化） ；②晶界强化（晶粒的细化和板条马氏体的胞状细晶以及亚结构增加了晶界面提高了强度） ；③位错强化（板条内形成的亚晶发育了较完整的位错网络，提高了钢的抗变形能力） ；④弥散强化（即回火过程中生成的 M23C6 型和 MC型碳化物，稳定、细小、弥散分布在马氏体的α-Fe基体上，碳化物颗粒数量越多，间距越小时，钉扎作用就越大，形变时位错运动所遇到的阻力就越大，强化作用越大，这是它热强性能高的主要因素） ；⑤沉淀强化（T/P91 钢主要通过改变析出物的类型和数量来提升强度，一方面，M23C6｛ （Cr、Fe、Mo）23C6｝在亚晶界析出，并阻止亚晶界长大；另一方面，T/P91 中加入有强碳化物形成元素 V、Nb、N，也能形成 MX型碳化物｛ （V、Nb） （C、N） ｝沉淀，并在亚晶界上析出，起到钉扎自由位错的作用，同时阻止Mo、Cr 向碳化物中转移而延缓Ostwald 熟化（即第二相颗粒的聚集长大）进程。 

新型马氏体耐热钢其理想的组织结构和精心设计的复合强化，决定了它优异的力学性能。从金属学冶金理论和组织结构学来评价，可以说这些钢以近似完美的化学成分设计和高科技精益求精的炼钢技术，较好地实现了板条马氏体强化、晶界强化、位错强化、颗粒强化与固溶强化的结合。 火力电站机组之所以选择马氏体耐热钢材料正是由于这类钢具有优异的高温持久强度和良好的高温抗氧化及耐腐蚀性能。马氏体钢与抗氧化性能更好的奥氏体不锈钢相比，其优势在于具有低的热膨胀系数和高的热传导率，这将会在温度变化时降低热应力，因此可以提高抗热疲劳性能。在火力发电厂运行期间，这意味着机组启停或改变出力时的加热、冷却速率对材料的影响程度减小。

2 马氏体耐热钢在火力发电厂中的应用 

马氏体耐热钢（尤其是新型马氏体耐热钢）在现代火力发电厂尤其是超（超）临界中的应用较广。例如主蒸汽管道、高压旁路管道、再热蒸汽热段管道、高中压导汽管等，已普遍使用 P91 或P92钢，替代了尚未退役机组中的10CrMo910（贝氏体钢）的使用领域；一些原本使用 12Cr1MoV 或 P22 等材料的高温蒸汽联通管道和集箱，由于机组温度和压力参数的提高，设计人员也开始选用了马氏体耐热钢；锅炉高温过热器管、高温再热器管更是大量采用了马氏体钢，种类有SA213-T9、T91、T92 、T122等； 除此之外，汽轮机叶片也大多采用马氏体耐热钢。 

超临界锅炉由于蒸汽参数的提高，其钢材的工作环境更为恶劣，要求钢材具有更高的热强度、更高的抗高温烟气氧化腐蚀和抗高温汽水介质腐蚀的特性、良好的焊接性和加工工艺性能。对其钢材性能要求的原则是： 

　　　（1）满足部件工作温度的需要，相对低的材料价格； 

　　　（2）工作温度下具有很高的持久强度、蠕变强度或抗松弛性能； 

　　　（3）金相组织稳定，无常温脆性和长期时效脆性； 

　　　（4）抗蒸汽氧化、烟气腐蚀及应力腐蚀； 

　　　（5）良好的焊接性并易于冷、热加工。
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