2Cr12NiMo1W1V葉片鋼的高溫力學(xué)行為和組織
時(shí)間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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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)的工作條件很嚴(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，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)，%）
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元素
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Cr
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Ni
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Mo
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W
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V
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實(shí)測(cè)
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0.24
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0.42
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0.58
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0.017
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0.003
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11.32
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0.76
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0.94
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1.02
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0.22
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技術(shù)要求
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0.20～0.25
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≤0.50
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0.50～0.90
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≤
0.025
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≤0.025
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11.00～12.50
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0.50～0.90
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0.90～1.25
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0.90～1.25
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0.20～0.30
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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。