【摘要】：蒸汽發生器傳熱管作為超(超)臨界火電機組關鍵部件,其使用溫度高達600℃以上,對鋼的持久蠕變性能、抗腐蝕性能、熱疲勞性能、冷熱成形性能及焊接性能提出了極高的要求。鐵素體耐熱鋼成本較低,但使用溫度低于600℃,鎳基合金高溫性能優良,但價格昂貴,一般僅用于700℃以上的機組中。本課題組通過多年研究奧氏體鋼的經驗,利用多元復合強化原理,在Cr-Ni奧氏體不銹鋼基礎上優化Ti、N、Cu含量或Al、Nb、Ni含量等,開發了兩個系列的奧氏體耐熱鋼。本研究選取了其中兩個高溫性能優良的H1與H2鋼種,主要研究其穿管后管材的常溫力學性能與熱疲勞性能,并與800H鋼進行比較。通過研究得到以下結論:(1)對穿管后的實驗鋼進行常溫力學性能分析,H1、H2和800H鋼均為單一的奧氏體組織,H1實驗鋼中晶粒細小且存在孿晶,800H實驗鋼中晶粒較粗大也含有孿晶,H2實驗鋼晶粒最大,室溫下的硬度分別是206.1HV、169.1HV、194.7HV;H1和H2實驗鋼的拉伸斷裂是韌性斷裂,800H是剪切斷裂,抗拉強度分別為646.5MPa、560.7MPa、547.5MPa,H1斷口上未發現夾雜物,H2和800H斷口上存在夾雜物;同等沖擊條件下,H1實驗鋼未被沖斷,H2和800H實驗鋼都被沖斷,三種實驗鋼的沖擊斷裂都屬于塑性斷裂,沖擊吸收能量分別是231.5J、171.2J、140.7J。實驗數據表明H1的綜合力學性能相對較好,800H鋼相對弱些。(2)熱疲勞試驗中,隨著實驗溫度的升高,裂紋萌生時間縮短,H1的裂紋萌生時間最長,800H的萌生時間最短;裂紋優先在V型缺口處萌生,隨著溫度升高,晶界也成為裂紋源。同時,裂紋的擴展以沿晶擴展為主,在實驗溫度較低時,部分裂紋也會穿晶擴展;裂紋的擴展速度隨溫度升高而加快,H1的擴展速率最小,800H的擴展速率最大。(3)經過對三種實驗鋼中晶界處的析出物與氧化物分析,其析出物主要是(Cr,Fe)23C6等碳化物和氧化物主要是Cr2O3等,這些析出物與氧化物會影響基體的韌性和晶界結合力,導致裂紋容易在晶界處萌生和擴展。在熱疲勞試驗之后,其組織仍為單一的奧氏體組織,表面的顯微硬度較初始硬度都高出11%以上,實驗溫度越低,硬化效果越明顯。同時,在高溫回復條件下,隨著上限溫度的增加實驗鋼硬度有所降低。