18Cr-9Ni-3Cu鋼長期服役后的組織與力學性能

18Cr-9Ni-3Cu鋼是一種新型18-8型奧氏體不銹鋼，該鋼在TP304H不銹鋼的基礎上，添加N、Cu、Nb和B等強化元素，并適當降低了C含量，應用特殊的熱加工及制管工藝制作而成，其綜合性能良好，在600℃下蠕變斷裂強度較TP304H鋼高20%左右。

目前針對18Cr-9Ni-3Cu鋼的研究均采用長期時效試驗來反映材料的長期使用性能，但實際服役與長期時效條件上存在較大差異。不同于長期時效的恒溫狀態，18Cr-9Ni-3Cu鋼在服役過程中溫度處于隨機變化狀態，尤其是機組啟停爐、電網調峰等情況，溫度變化幅度較大，因此時效試驗不能夠完全真實反映材料的使用情況。本工作通過對服役5×104h后18Cr-9Ni-3Cu鋼進行研究，以探尋材料在服役過程中組織與性能的變化。

試驗用18Cr-9Ni-3Cu鋼為某電廠3號機組末級過熱器樣管，樣管服役蒸汽溫度為600℃，正常狀態下其向火側、背火側管壁溫度分別約為650℃、600℃，滿負荷條件下蒸汽壓力為27.4MPa，樣管服役時間約為5×104h。管子的成分（質量分數，%）為：0.08C，0.25Si，0.71Mn，0.023P，0.002S，18.93Cr，8.82Ni，0.47Nb，0.005B，0.025Al，0.09N，2.88Cu。

對樣管取樣制備金相試樣，采用光學顯微鏡觀察服役態該鋼的顯微組織結構，采用掃描電鏡分析鋼中析出相的成分與分布，再借助透射電鏡對晶界大尺寸析出相進行電子衍射分析。

18Cr-9Ni-3Cu鋼的拉伸試樣為圓棒試樣（Φ5mm），試驗在CSS-44300電子萬能材料試驗機上進行，試驗值為2個試樣的平均值。沖擊試樣尺寸為10mm×10mm×55mm，一組3個試樣，試驗在JB-W500C沖擊試驗機上進行。結果表明：

1）18Cr-9Ni-3Cu鋼服役5×104h后的晶界明顯粗化，M23C6在晶界上呈大顆粒及鏈狀分布，σ相在晶界上呈塊狀分布，粗大的Nb(C,N)相在晶內集中分布。背火側的晶界上M23C6及σ相數量較少且尺寸較小，Nb(C,N)相彌散分布于晶內尺寸較小。

2）18Cr-9Ni-3Cu鋼服役5×104h后的強度較固溶態有所增加，其主要得益于服役后第二相的彌散析出強化及M23C6相共格強化。

3）18Cr-9Ni-3Cu鋼服役5×104h后的沖擊性能較固溶態有所降低，σ相在晶界上析出長大是導致其沖擊性能降低的主要原因。

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