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2Cr12NiMo1W1V葉片鋼的高溫力學(xué)行為和組織

時(shí)間:2019-06-13    作者:無(wú)錫不銹鋼板    瀏覽:0

2Cr12NiMo1W1V葉片鋼主要用于制造發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)高中壓葉片和螺栓,葉片直接擔(dān)負(fù)著將蒸汽的動(dòng)能和熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的作用,是汽輪機(jī)最重要的零件之一。超臨界、超超臨界汽輪機(jī)的工作條件很?chē)?yán)苛,尤其高溫段葉片要承受高溫、高應(yīng)力、高轉(zhuǎn)速等苛刻的條件,因此對(duì)葉片鋼提出了較高的高溫性能要求。目前,對(duì)葉片鋼這樣的馬氏體不銹鋼的高溫力學(xué)性能的研究只局限于不同熱處理或顯微組織狀態(tài)下的力學(xué)性能指標(biāo)的變化,對(duì)其高溫力學(xué)變形行為的研究很少。因此,本次對(duì)2Cr12NiMo1W1V葉片鋼在不同溫度、不同應(yīng)變速率下的拉伸力學(xué)性能的變化規(guī)律進(jìn)行分析研究,并采用金相及TEM分析手段對(duì)其力學(xué)行為進(jìn)行分析。

試驗(yàn)選用某型材廠生產(chǎn)的鍛軋退火態(tài)2Cr12NiMo1W1V鋼,其化學(xué)成分如表1。從表1可見(jiàn),2Cr12NiMo1W1V鋼化學(xué)成分基本上控制在要求范圍內(nèi)。對(duì)試樣毛坯進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,其熱處理制度為1035℃×1h油淬,690℃×2h空冷,然后制成拉伸試樣。
在試驗(yàn)溫度為室溫(22℃)、300、600和900℃下,對(duì)拉伸試樣進(jìn)行應(yīng)變速率分別為10-1、10-2、10-3和10-4s-1的拉伸試驗(yàn),試樣拉斷后,立即取出放入流動(dòng)的水流中冷卻至室溫。從斷裂后試樣未產(chǎn)生縮頸區(qū)域取金相與透射電鏡試樣。金相試樣用熱壓鑲嵌法制備,用5mLHCl+10gFeCl3混合侵蝕劑浸蝕,然后在金相顯微鏡下觀察組織。透射試樣手工拋光至80~100μm后,用Tenupol-5電解雙噴儀及PIPS691離子減薄儀完成試樣的制取及最終減薄清洗,用JEM-2100透射電子顯微鏡進(jìn)行顯微觀察。
表1  試驗(yàn)用2Cr12NiMo1W1V葉片鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)
元素
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
W
V
實(shí)測(cè)
0.24
0.42
0.58
0.017
0.003
11.32
0.76
0.94
1.02
0.22
技術(shù)要求
0.20~0.25
≤0.50
0.50~0.90
0.025
≤0.025
11.00~12.50
0.50~0.90
0.90~1.25
0.90~1.25
0.20~0.30
 
試驗(yàn)結(jié)果表明:
(1)隨溫度升高,2Cr12NiMo1W1V葉片鋼強(qiáng)度降低,塑性升高,應(yīng)變速率對(duì)應(yīng)力的影響呈增大趨勢(shì),但試樣對(duì)應(yīng)變速率的敏感性較小。在300℃時(shí),塑性最差,進(jìn)入高溫階段后,隨溫度升高塑性大幅升高,900℃時(shí),當(dāng)應(yīng)變速率為10-1s-1,斷面收縮率Z達(dá)到94.1%,2Cr12NiMo1W1V葉片鋼的高溫拉伸性能優(yōu)良。
    (2)隨拉伸溫度的升高,位錯(cuò)密度明顯減小,位錯(cuò)線變?yōu)橹遍L(zhǎng)條狀。300℃時(shí)含有V量較高的彌散分布的新析出相出現(xiàn),從而使葉片鋼塑性變差。900℃時(shí),大部分馬氏體回復(fù)分解為鐵素體+碳化物,少部分區(qū)域發(fā)生再結(jié)晶,電子衍射圖顯示碳化物為M23C6,且其晶帶軸與基體晶帶軸方向平行。