2Cr12NiMo1W1V葉片鋼的高溫力學行為和組織
時間：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電機組汽輪機高中壓葉片和螺栓，葉片直接擔負著將蒸汽的動能和熱能轉換成機械能的作用，是汽輪機最重要的零件之一。超臨界、超超臨界汽輪機的工作條件很嚴苛，尤其高溫段葉片要承受高溫、高應力、高轉速等苛刻的條件，因此對葉片鋼提出了較高的高溫性能要求。目前，對葉片鋼這樣的馬氏體不銹鋼的高溫力學性能的研究只局限于不同熱處理或顯微組織狀態下的力學性能指標的變化，對其高溫力學變形行為的研究很少。因此，本次對2Cr12NiMo1W1V葉片鋼在不同溫度、不同應變速率下的拉伸力學性能的變化規律進行分析研究，并采用金相及TEM分析手段對其力學行為進行分析。
試驗選用某型材廠生產的鍛軋退火態2Cr12NiMo1W1V鋼，其化學成分如表1。從表1可見，2Cr12NiMo1W1V鋼化學成分基本上控制在要求范圍內。對試樣毛坯進行調質處理，其熱處理制度為1035℃×1h油淬，690℃×2h空冷，然后制成拉伸試樣。
在試驗溫度為室溫（22℃）、300、600和900℃下，對拉伸試樣進行應變速率分別為10-1、10-2、10-3和10-4s-1的拉伸試驗，試樣拉斷后，立即取出放入流動的水流中冷卻至室溫。從斷裂后試樣未產生縮頸區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透射電子顯微鏡進行顯微觀察。
表1 試驗用2Cr12NiMo1W1V葉片鋼化學成分（質量分數，%）
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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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實測
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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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試驗結果表明：
（1）隨溫度升高，2Cr12NiMo1W1V葉片鋼強度降低，塑性升高，應變速率對應力的影響呈增大趨勢，但試樣對應變速率的敏感性較小。在300℃時，塑性最差，進入高溫階段后，隨溫度升高塑性大幅升高，900℃時，當應變速率為10-1s-1，斷面收縮率Z達到94.1%，2Cr12NiMo1W1V葉片鋼的高溫拉伸性能優良。
（2）隨拉伸溫度的升高，位錯密度明顯減小，位錯線變為直長條狀。300℃時含有V量較高的彌散分布的新析出相出現，從而使葉片鋼塑性變差。900℃時，大部分馬氏體回復分解為鐵素體+碳化物，少部分區域發生再結晶，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。