高Cr马氏体耐热钢的协同强化机制及形变热处理应用

张竟文，余黎明，刘晨曦，丁然，刘永长 (天津大学材料科学与工程学院水利工程智能建设与运维全国重点实验室)

摘要： 高Cr (9%~12%，质量分数)马氏体耐热钢因其较高的热导率、较低的热膨胀系数以及优异的高温蠕变强度等优点而被认为是超超临界火电机组关键设备升级改造的主选材料。然而，服役过程中高Cr 马氏体耐热钢高温蠕变强度的不断弱化严重影响了其安全可靠性。以往提升高Cr 马氏体耐热钢高温蠕变强度的主要手段是通过合金成分优化设计来促进沉淀相弥散析出，但单一析出强化效应对蠕变强度的提升效果非常有限。近年来，位错-沉淀相-界面协同强化效应在提升高Cr 马氏体耐热钢高温蠕变性能方面表现出显著效果。其原理是通过形变热处理引入位错来促进多种沉淀相弥散析出，同时通过控制相变来细化板条组织，增强位错、沉淀相及界面3 者之间的交互作用，从而实现多类蠕变强化效应的协同提升。本文总结了高Cr马氏体耐热钢的协同强化机制及形变热处理组织调控，从高温蠕变强度提升角度回顾了合金成分的优化历程，阐述了热处理过程中的相变行为及高温组织退化机理，对比分析了单一析出强化效应及形变热处理后位错-沉淀相-界面协同强化效应对其高温蠕变强度的影响规律，并基于焊接接头蠕变失效行为探索了形变热处理对焊接热影响区的组织调控机制，以期为高Cr马氏体耐热钢及其他火电机组用沉淀型强化耐热钢的材料设计及工程应用提供指导。

关键词：高Cr马氏体耐热钢，高温蠕变强度，协同强化，形变热处理，组织调控