Разработка жаропрочных мартенситных сталей для тепловых электростанций

Определен оптимальный микроструктурный дизайн для сталей мартенситного класса с 9 - 12% Сr. Установлено, что при температуре 650°С перелом в зависимости долговременной прочности от времени до разрушения устраняется вплоть до времен выдержки 4 × 10⁴ ч, если система легирования стали обеспечивает сохранение когерентности границ M₂₃C₆ при ползучести. Показано, что это условие может быть обеспечено в сталях с содержанием азота менее 0,01% за счет повышения содержания бора, который трансформирует карбид M₂₃C₆ в фазу M₂₃(CB)₆ при одновременном уменьшении содержания Mn и Ni до величин менее 0,1%. Установлено, что такая модификация химического состава не приводит к значимому повышению температуры хрупко-вязкого перехода и повышает стойкость стали к малоцикловой усталости. Разработаны оптимальные химические составы котельной стали с содержанием 9% хрома и стали для лопаток с содержанием 12% хрома. Установлено, что перелом в зависимости долговременной прочности от времени до разрушения обусловлен ускорением ползучести на 3-й стадии, не имеет отношения к изменению характера зависимости минимальной скорости ползучести от приложенных напряжений и связан с выделением вольфрама из твердого раствора с образованием фаз Лавеса. Характер зависимости предела ползучести от времени остается неизменным на ресурсах до 4 × 10⁴ ч и более, в то время как перелом в долговременной прочности наблюдается при времени до разрушения почти в 20 раз меньшем. Выявлено, что оптимальное содержание W в стали определяется величиной его предельной растворимости при температуре эксплуатации. Для дополнительного повышения сопротивления ползучести за счет уменьшения склонности дислокаций к переползанию в ферритной матрице в сталях с оптимальным содержанием вольфрама следует использовать такие элементы как Co и Re, предельное содержание которых лимитируется ближним упорядочением и высокой стоимостью.