1、第 52 卷 第 8 期 Vol.52 No.8 2023 年 8 月 THERMAL POWER GENERATION Aug.2023 修 回 日 期：2022-12-28 网络首发日期：2023-04-27 基 金 项 目：陕西省自然科学基础研究计划项目（2022JQ-400）；西安热工研究院有限公司自立科技项目（TN-21-TYK24）Supported by：Shaanxi Natural Science Basic Research Program(2022JQ-400);Independent Science and Technology Program of TPRI(TN-2
2、1-TYK24)第一作者简介：李季（1985），女，博士，高级工程师，主要研究方向为火电、核电用金属材料性能，。DOI:10.19666/j.rlfd.202212217 T92 钢中 Laves 相在内压蠕变过程中析出 特征和电化学响应行为研究 李 季，唐丽英，周荣灿，张红军，李 江（西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710054）摘要为了研究将电化学方法用于马氏体耐热钢蠕变损伤评估的可用性，选取不同蠕变损伤程度的内压蠕变 T92 钢试样，对其蠕变过程中的显微组织演变，尤其是 Laves 相的析出行为进行系统的表征和分析，同时对 Laves 相在碱性体系中的电化学响应行为开展系统研究。根据
3、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电子探针（EPMA）等显微分析结果，T92 钢随内压蠕变过程出现了马氏体板条细碎化、晶内应变增大等特征，同时 Laves 相迅速析 出并长大，其粒径和百分比均逐渐增大并出现团簇和元素偏聚。根据其在 NaOH 溶液中的动电位极化曲线可知，Laves 相可在浓强碱溶液中发生选择性溶解，当 NaOH 浓度达到 8 mol/L 时，Laves 相选择性溶解的电流峰及对应电量值与蠕变损耗呈现较好的相关性。综上可知，T92 钢在强碱性溶液中的动电位极化曲线可以有效地反映 Laves 相的含量，其电量值与 Laves 相含量变化一致，并可进一步与试样老化程度等相关联，
4、有希望作为一种无损检测技术用于现场管道的老化评估。关键词T92 钢；Laves 相；电化学响应；极化电流；蠕变损伤 引用本文格式李季,唐丽英,周荣灿,等.T92 钢中 Laves 相在内压蠕变过程中析出特征和电化学响应行为研究J.热力发电,2023,52(8):96-103.LI Ji,TANG Liying,ZHOU Rongcan,et al.Investigation on the precipitation characteristics and electrochemical responsibility of Laves phase during internal pressure
5、 creep test of T92J.Thermal Power Generation,2023,52(8):96-103.Investigation on the precipitation characteristics and electrochemical responsibility of Laves phase during internal pressure creep test of T92 LI Ji,TANG Liying,ZHOU Rongcan,ZHANG Hongjun,LI Jiang(Xian Thermal Power Research Institute C
6、o.,Ltd.,Xian 710054,China)Abstract:In order to well evaluate the availability of electrochemical method using to detect the creep damage of martensitic heat resistant steel,a set of T92 internal pressure creep test samples with different creep damage degrees were selected.The microstructure evolutio
7、n in the process of creep,especially the Laves phase precipitation behavior,was systematically characterized and analyzed;meanwhile,electrochemical response of Laves phase in alkaline were also investigated in detail.According to the scanning electron microscopy(SEM),transmission electron microscopy
8、(TEM)and electron probe X-ray micro-analyzer(EPMA)results,the Laves phase in T92 precipitated and grew rapidly during the internal pressure creep process.Its particle size and area percentage gradually increased,clustered and with element segregated and redistributed.According to potentiodynamic pol
9、arization curve in NaOH solution,Laves phase can selectively dissolve in strong alkali solution.When the concentration of NaOH reaches 8 mol/L,the current peak and corresponding electric value of selective dissolution of Laves phase are well correlated with the internal pressure creep time.In conclu
10、sion,the potentiodynamic polarization curve of T92 in strongly alkaline solution can effectively reflect the content of Laves phase,varying in consistent with its electric quantity;and can further associate with creep life damage.It is promising to be used as 第 8 期 李 季 等 T92 钢中 Laves 相在内压蠕变过程中析出特征和电
11、化学响应行为研究 97 http:/ a nondestructive testing technology for the creep life assessment of pipelines in the field.Key words:T92 steel;Laves phase;electrochemical responsibility;polarization current;creep damage T/P92 马氏体耐热钢（T92 钢）由于具有优异的力学性能，在我国现有大容量、高参数超超临界燃煤发电机组中广泛应用，是 600620 内高温承压部件的主要用材1-4。T92 钢在高温
12、环境下长期服役过程中会析出Laves 相，其主要析出形式为 Fe2Mo、Fe2W 和(Fe,Cr)2(Mo,W)，并优先在 M23C6碳化物附近析出，或单独以与晶粒保持共格的方式形核析出并以非共格的方式向相邻晶粒内部长大5-6。Zhu 等人7通过降低 N 和 C 的质量分数制备出仅含有 Laves 相的Fe9Cr3Co3W 合金来研究 Laves 相对于蠕变行为的影响，研究表明，Laves 相的粗化会显著降低材料的蠕变断裂强度。Abe 等人8系统研究了 9Cr-W 钢中 Fe2W 型 Laves 相尺寸对蠕变速率的影响，研究发现，蠕变试验初期形成的细小 Fe2W 会降低蠕变速率，而蠕变后期 F
13、e2W 会发生粗化，增大了蠕变速率。由于 Laves 相具有较高的熟化速率、明显的“团簇”现象、且依附 M23C6碳化物析出的 Laves相会与碳化物合并成为尺寸很大的析出相、诱发蠕变孔洞产生和 Z 相析出，这均会导致部件材料力学性能劣化，影响材料的强度和断裂敏感性9-10，最终影响材料的蠕变寿命和部件的使用时间。因此，及时获取马氏体耐热钢在高温服役过程中 Laves 相的析出行为和规律，对于材料的强度预测、老化评估、寿命预测、部件安全性预测都具有重要意义。目前 Laves 相尺寸及含量检测基本依赖于扫描电子显微镜或透射电子显微镜，步骤复杂、耗时长，需破坏待检部件进行取样。有研究表明，9%12
14、%Cr钢中的 Laves 相具有较好的电化学特性9-12，这为利用电化学方法检测合金的老化程度和蠕变寿命提供了可能性。相对而言，电化学检测以待测管样表面（约 1 cm1 cm 范围）作为工作电极，现场安装检测容器并连接电化学工作站，具有测试速度快、不破坏部件等特点，且电化学设备尺寸小、方便携带，适用于现场检测。为揭示蠕变寿命损耗与极化电流密度间的响应关系，本研究拟以 Laves 相质量分数为桥梁，开展系统的研究和测试，认识 Laves相发生选择性溶解时的过程和机理。为电化学方法应用于 Laves 相的现场检测奠定理论基础，并为准确地评估 9%12%Cr 钢的老化状态提供一种新方法，其有望大大节
15、约机组检修的时间及经济成本。1 试验材料和方法 1.1 试验材料 本文所用材料为 T92（10Cr9MoW2VNbBN）锅炉管，规格为 76.0 mm 12.0 mm，热处理工艺为正火回火，实测化学成分见表 1，均满足标准ASME SA-2132019 对 T92 新管的要求。表 1 T92 钢的化学成分 w/%Tab.1 Chemical composition of T92 元素 实测含量 ASME SA-213 元素 实测含量 ASME SA-213 C 0.098 0 0.070.13 Al 0.007 10 0.02 Mn 0.460 0 0.300.60 W 1.980 00 1.
16、502.00 P 0.018 0 0.02 Ti 0.005 00 0.01 S 0.005 3 0.01 Zr 0.005 00 0.01 Si 0.280 0 0.50 H 0.000 36 n.s.Ni 0.190 0 0.40 O 0.007 40 n.s.Cr 8.590 0 8.509.50 Pb 0.000 10 n.s.Mo 0.390 0 0.300.60 Sn 0.001 40 n.s.V 0.180 0 0.150.25 As 0.003 50 n.s.Nb 0.055 0 0.040.09 Sb 0.000 30 n.s.N 0.044 0 0.030.07 Bi 0.000 01 n.s.为 not specified（未指定）。根据电站锅炉管内压蠕变试验方法（DL/T 3692010）的要求对上述管样展开内压蠕变试验，内压蠕变试验温度为 600、气体内压为 59 MPa、折算周向压力为 130 MPa。内压蠕变试验的 T92 钢试样共包括 6 组：1 组为原始管样（供货态），1 组为蠕变爆破试样，其余 4 组为蠕变中断试样。将相同温度和应力条件下蠕变爆破试样