P12耐热钢是一种珠光体钢,具有较好的耐高温性,广泛应用于化工、能源等领域。金属材料在高温环境下长时间服役往往容易发生高温蠕变进而导致断裂破坏。目前,某石化企业所服役的P12耐热钢高温蒸汽管道在远低于设计寿命时发生了蠕变断裂失效。揭示P12耐热钢高温蠕变断裂机理或将有助于其相关设计和评估,保证设备的安全运行。目前国内外对金属材料高温蠕变断裂的研究集中在微观层面和宏观层面。微观层面是指采用微观成像技术探究金属材料微观组织结构、成分等方面的变化;宏观层面是指通过各类力学试验来研究高温蠕变情况对材料力学性能的变化。本文主要从微观层面探究P12耐热钢高温蠕变断裂机理。在630℃和70 MPa拉应力下进行不同时间的蠕变实验,获得了30小时至360小时的蠕变试样。然后对试样进行了金相显微组织检测和扫描电镜分析,获得了P12耐热钢高温蠕变过程中其微观组织变化的情况。此外,文本还结合了计算机图像处理技术对获得的微观组织演化图像进行定量分析,以探究其晶粒度、珠光体球化、碳化物析出的情况。为进一步确定P12耐热钢微观组织结构劣化对其蠕变断裂的影响,本文基于泰森多边形算法建立了P12耐热钢微观组织结构的有限元模型,研究了晶界弱化、珠光体球化、碳化物析出等因素对其微观组织结构的应力、微裂纹形成的倾向性和动态裂纹扩展等方面的影响。研究结果表明:在蠕变过程中,P12耐热钢的金相显微组织除了珠光体和铁素体两部分之外,还出现了大量碳化物,且碳化物在蠕变过程中不断析出,其尺寸也在不断增大;所有试样的晶粒度都没有明显的变化,均为9级晶粒度;珠光体比例随蠕变进程降低,且珠光体组织还发生了明显的球化现象,珠光体中的渗碳体数量和尺寸也随之降低;晶界弱化、珠光体球化加剧、碳化物析出程度加深等因素都会增大P12耐热钢微观组织结构中的应力以及微裂纹形成的倾向性,并会加速裂纹扩展。珠光体球化、碳化物析出等因素或将是P12耐热钢高温蠕变断裂的形成机理。本文研究结果对P12耐热钢高温蠕变断裂分析有着重要的参考作用。