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为提高发电效率和减少CO2排放,超(超)临界火力发电机组是目前世界各国日益发展的主流燃煤发电模式。其发电参数(温度和蒸汽压)的提高对锅炉用钢提出了更高的性能要求。T/P91-92钢是这类锅炉用钢的主体材料。国内外大量运行现状表明,在役P91钢部件特别是弯头(或弯管)部位的硬度已明显偏低(160HBW以下),高等级P92耐热钢部件也开始出现同类问题;T91钢爆管和焊接接头ⅣV型开裂现象并不少见;P91/P92钢焊缝的质量检验中常发现黑色线状组织;上述现象表明:超(超)临界火力发电机组存在严重的安全隐患,因此已经引起国内外相关企业和材料研究和开发领域的严重关切和高度重视。然而,目前对查明其原因并提出判废依据仍缺乏相关科学与技术依据和标准与规范。因此,开展相关研究是至关重要和十分必要的。在相参量研究方面,开展了以下工作:①研究了 P91 部件(530～550℃/3.53～17.4MPa/57,000～63,000h)相参量变化对其硬度的影响,建立了 P91部件服役后基体C含量(PC-matrx)和硬度(HV0.1)与M23C6碳化物和Laves相的体积分数和等效直径(VM23C6、VLaves、dM23C6和dLaves)的量化关系;揭示了 P91部件组织提前老化的原因:不正确的热加工工艺(热成形和热处理)及运行导致P91部件M23C6相体积分数和等效直径增加,马氏体脱碳成为铁素体;分析了 M23C6碳化物和Laves相的相互影响机制和粗化机理。此外,讨论了相间Cr、Mo和Si元素交换及析出相和界面间的交互作用;②对两个厂家的供货态P92钢在625℃/150MPa条件下进行持久实验,持久寿命分别为1354和167h。研究了 M23C6、Laves和MX相参量变化对P92钢持久寿命的影响;揭示了该钢成分设计和热处理工艺对其相稳定性和性能影响的机理;讨论了 δ铁素体周边和内部Laves相析出行为以及δ铁素体对持久寿命的影响。③对两根发生爆管的T91过热器管进行了相参量分析,揭示了锅炉管失效的原因,提出了T91直管段存在缺陷和超温现象的实验和理论依据,火电机组现场对此类钢进行失效分析时可用之作为参考。④对发生Ⅳ型开裂T91钢焊接接头典型区域(粗晶区(CGHAZ)、母材(BM)和细晶区(FGHAZ))进行了相参量分析;通过模拟热处理实验研究了晶粒尺寸对M23C6相和硬度的影响,结果表明了细晶组织对性能劣化的促进作用。⑤对P91/P92钢焊缝黑线/正常组织区域进行了相参量分析和热力学计算(Thermo-calc),揭示了黑线组织的构成(δ铁素体及其周边富Cr相M23C6)和其形成机理;通过650℃时效试验,提出了黑线组织对P91/P92钢焊接接头的长时性能及其运行寿命不利的实验依据。在持久强度预测和安全性评估方面,建立了一种P91钢部件在530～610℃运行后布氏硬度(145～205HBW)与570℃/105h持久强度的外推函数;研究了系列硬度在役Grade 91钢部件的室温、550℃和600℃的拉伸行为。随着部件硬度的降低,550和600℃屈强比的反向变化表明了部件安全性发生了重大变化。在缺乏相关的技术方法和标准的情况下,建立了一种通过屈强比的变化评估在役P91部件安全性的方法。上述研究结果可为这类钢的组织提前老化原因分析(即判断是原材料问题还是运行工况问题)及运行判废(即部件是否仍可安全使用)提供参考依据。