长时间高温服役下T91钢微观组织演变与力学性能退化机制

摘要

[目的]揭示长期高温服役对T91耐热钢微观组织与力学性能的影响，明确长时间服役后其性能退化的核心机制。[方法]取未服役（记为T91-0）、服役50 000 h（记为T91-5）和服役100 000 h（记为T91-10）的T91钢管材，采用光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）表征其微观组织，并结合室温冲击、高温拉伸及持久强度试验，评价其力学性能退化行为。[结果]随着服役时间延长，T91钢原奥氏体晶界逐渐模糊直至消失，马氏体板条合并粗化，位错密度显著降低，碳化物(M₂₃C₆和MX型)粗化且分布趋于均匀，T91-10试样中还检测到可观数量的残余奥氏体。长时间服役导致常温下T91钢的冲击韧性持续下降，T91-10较T91-0降幅达62%。在640～700°C范围内，上述3种服役状态的钢的屈服强度和抗拉强度均随温度升高而降低，但T91-10的塑性随着温度下降而明显恶化，其640°C下的延伸率与700°C时相比下降约1/3。[结论]马氏体板条粗化、位错密度降低及碳化物析出与粗化是导致T91钢强度与韧性退化的主要原因。本研究为T91钢在高温服役条件下的安全评估与寿命预测提供了理论依据。

关键词

耐热钢 / 长期服役 / 微观组织演变 / 残余奥氏体 / 力学性能退化 / 高温塑性