18Cr-9Ni-3Cu鋼是一種新型18-8型奧氏體不銹鋼，該鋼在TP304H不銹鋼的基礎(chǔ)上，添加N、Cu、Nb和B等強(qiáng)化元素，并適當(dāng)降低了C含量，應(yīng)用特殊的熱加工及制管工藝制作而成，其綜合性能良好，在600℃下蠕變斷裂強(qiáng)度較TP304H鋼高20%左右。目前針對18Cr-9Ni-3Cu鋼的研究均采用長期時效試驗(yàn)來反映材料的長期使用性能，但實(shí)際服役與長期時效條件上存在較大差異。不同于長期時效的恒溫狀態(tài)，18Cr-9Ni-3Cu鋼在服役過程中溫度處于隨機(jī)變化狀態(tài)，尤其是機(jī)組啟停爐、電網(wǎng)調(diào)峰等情況，溫度變化幅度較大，因此時效試驗(yàn)不能夠完全真實(shí)反映材料的使用情況。本工作通過對服役5×104h后18Cr-9Ni-3Cu鋼進(jìn)行研究，以探尋材料在服役過程中組織與性能的變化。
試驗(yàn)用18Cr-9Ni-3Cu鋼為某電廠3號機(jī)組末級過熱器樣管，樣管服役蒸汽溫度為600℃，正常狀態(tài)下其向火側(cè)、背火側(cè)管壁溫度分別約為650℃、600℃，滿負(fù)荷條件下蒸汽壓力為27.4MPa，樣管服役時間約為5×104h。管子的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：0.08C，0.25Si，0.71Mn，0.023P，0.002S，18.93Cr，8.82Ni，0.47Nb，0.005B，0.025Al，0.09N，2.88Cu。
對樣管取樣制備金相試樣，采用光學(xué)顯微鏡觀察服役態(tài)該鋼的顯微組織結(jié)構(gòu)，采用掃描電鏡分析鋼中析出相的成分與分布，再借助透射電鏡對晶界大尺寸析出相進(jìn)行電子衍射分析。
18Cr-9Ni-3Cu鋼的拉伸試樣為圓棒試樣（Φ5mm），試驗(yàn)在CSS-44300電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)值為2個試樣的平均值。沖擊試樣尺寸為10mm×10mm×55mm，一組3個試樣，試驗(yàn)在JB-W500C沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。結(jié)果表明：
（1）18Cr-9Ni-3Cu鋼服役5×104h后的晶界明顯粗化，M23C6在晶界上呈大顆粒及鏈狀分布，σ相在晶界上呈塊狀分布，粗大的Nb（C，N）相在晶內(nèi)集中分布。背火側(cè)的晶界上M23C6及σ相數(shù)量較少且尺寸較小，Nb（C，N）相彌散分布于晶內(nèi)尺寸較小。
（2）18Cr-9Ni-3Cu鋼服役5×104h后的強(qiáng)度較固溶態(tài)有所增加，其主要得益于服役后第二相的彌散析出強(qiáng)化及M23C6相共格強(qiáng)化。
（3）18Cr-9Ni-3Cu鋼服役5×104h后的沖擊性能較固溶態(tài)有所降低，σ相在晶界上析出長大是導(dǎo)致其沖擊性能降低的主要原因。