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P91铁素体耐热钢具有良好的高温强度和抗氧化性能,是火力发电机组用钢的首要选择,广泛应用于超高临界电站锅炉蒸汽管和高温容器上。 P91钢在热加工矫直时易产生表面横向裂纹,严重影响产品质量,裂纹的形成主要是由于热塑性的降低造成的。本文以P91钢(含杂质 Sn的P91钢和含杂质S的P91钢)为实验材料,在高温蠕变实验机上以10-3/s的应变速率进行拉伸试验,以断面收缩率为热塑性的评估指标,研究P91钢在700～1010℃之间热塑性的变化情况。借助扫描电镜(SEM)、金相显微镜、场发射枪扫描透射电镜(FEG-STEM)对热塑性低谷出现的原因进行了探讨。 通过测量试样的断面收缩率,分别得到含 Sn和含 S的P91钢的热塑性曲线。结果显示,这两种钢都在700～960℃温度区间出现两个明显的塑性低谷,其中含S的P91钢的两个塑性低谷分别位于797℃和822℃,含Sn的P91钢的塑性低谷分别位于800℃和835℃,且在整个温度区间含S钢的塑性明显低于含Sn钢。SEM结果显示,所有试样皆为韧性断裂,且断口上韧窝的数量和深度变化反映的塑性的变化规律与热塑性曲线符合。试样在低于960℃变形时不发生动态再结晶,即960℃以下出现的两个塑性低谷与再结晶无关。透射电镜结果显示,试样中只存在极少量的第二相质点且不同温度下试样中第二相的数量尺寸没有明显的区别,因此P91钢塑性的变化及低谷的出现与第二相无关。 详细分析了P91钢出现塑性低谷的原因。含S钢和含Sn钢分别在797℃和800℃下出现沿原奥氏体晶界分布的薄膜状先共析铁素体,是造成该温度下出现塑性低谷的主要原因。通过带场发射枪的扫描透射电镜对变形后的含Sn钢原奥氏体晶界的化学成分进行测量,结果表明,塑性变形诱导Sn在原奥氏体晶界出现非平衡晶界偏聚,在835℃下出现 Sn的偏聚峰,由于 Sn在晶界处的偏聚降低了界面结合力,导致热塑性曲线上出现另一个塑性低谷。同时理论预测了含S钢822℃塑性低谷的出现与S在原奥氏体晶界偏聚有关。另外,由于MnS夹杂物的存在导致P91钢的塑性降低,使得含S钢的塑性明显低于含Sn钢。