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随着世界锅炉管用钢的研究与开发朝高性能、低成本方向进行,发电站用锅炉向高参数、大容量方向发展。T91(10Cr-9Mo-1V-Nb)钢和P9(9Cr-1Mo)钢都是高合金锅炉管用钢的主要代表,其因具有优异的高温性能、良好的导热性以及组织稳定性,成为锅炉管用钢的首选钢种。
该类钢通常采用连铸法生产,需要铸坯有较好的可加工性和高温塑性。本文结合华菱衡阳钢铁公司连铸坯生产工艺的特点,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热仪(DSC)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、透射电子显微镜(TEM)等分析手段,系统地分析了冷却方式对T91钢连铸坯及P9钢连铸坯组织及性能的影响,通过实验与分析讨论,得出以下结论:
(1)计算了T91钢中NbC和VC在奥氏体及铁素体中不同温度下的固溶度,并计算了900℃轧制时由应变诱导析出的NbC的体积分数和所产生的强度增量,平衡时沉淀析出的NbC的体积分数为0.0049%,由诱导析出NbC所产生的强度增量为20.05MPa; VC在900℃时未产生强度增量。
(2)冷却速度对T91钢连铸坯组织的影响较大,2℃/min<v≤9℃/min时,组织中出现大量的铁素体和少量的板条马氏体;随着冷却速度的增加,铁素体的量减少,马氏体的量增多,当达到某一临界冷却速度(9℃/min)时,铁素体析出受到抑制,组织中铁素体消失,而全部为马氏体组织。当冷却速度为2℃/min<v<25℃/min时,板条尺寸由5μm变为1μm。
(3) T91钢连铸坯冷却后性能变化显著,缓冷后,相比未冷却的铸坯,抗拉强度降低41.5%,硬度降低58.7%,伸长率升高66%,韧性提高11.4%。
(4) T91钢连铸坯二次奥氏体化后,在冷却速度为2℃/min<v<25℃/min时,均有板条马氏体生成;当v=25℃/min时,板条宽度可达到600-800nm左右。二次奥氏体化后进行缓慢冷却,塑性和韧性比一次奥氏体化后分别高出145%及8.3%,硬度降低了36%。
(5) P9钢连铸坯组织中有M23C6和MX两种类型析出物,一种是尺寸大约为150 nm的M23C6型析出物,一种是尺寸大约为50nm的MX型析出物,它们分别分布在板条界和板条内部。在冷却过程中,析出物的尺寸和数量都随冷却速度的增大而减小,v≤9℃/min时析出相呈明显的链状析出,v>9℃/min时,很少甚至没有链状析出。
(6) P9钢连铸坯冷却后性能变化显著,缓冷后,相比冷却前的铸坯,伸长率提高78%,硬度降低29%,韧性提高26.6%,而且在整个加热-冷却过程中,未见裂纹尖端部分有扩展,可以认为,裂纹尖端处的裂纹敏感性在该冷却速度下不是很显著。