超临界汽轮机低压转子0Cr17Ni4Cu4Nb钢叶片断裂原因

某超临界汽轮机低压转子次末级0Cr17Ni4Cu4Nb钢叶片发生断裂。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜及能谱分析、金相检验、硬度测试等方法分析了叶片断裂的原因。结果表明:在灵活性运行工况下,机组承受的载荷频繁发生变化,造成低压缸进汽量和汽流频繁大幅波动,导致长叶型的次末级叶片在运行过程中发生颤振;次末级叶片的叶根尺寸与叶根槽不匹配,使叶根松动、叶片晃动,加剧了叶片的颤振;在两种因素共同作用下,机组出汽侧近叶根的应力集中区域萌生了裂纹,在叶片颤振产生的交变应力作用下,裂纹以疲劳的形式不断扩展,最终导致叶片整体断裂。

0Cr17Ni4Cu4Nb钢的热处理及显微组织和性能

0Cr17Ni4Cu4Nb钢是沉淀硬化不锈钢,通常要进行固溶处理和时效。对0Cr17Ni4Cu4Nb钢试样和零件分别在真空炉中加热至1040℃保温90~120 min随后在压力为0.1~0.4 MPa的氩气中冷却,和在普通电阻炉中加热至同样温度保温后水冷的固溶处理,以及480℃时效处理。随后检测了试样的硬度、零件的变形量和抗拉强度。结果表明:经真空高压气冷和水冷固溶处理的0Cr17Ni4Cu4Nb钢的显微组织基本相同,由马氏体、α铁素体和残留奥氏体组成;在压力为0.1~0.4 MPa的氩气中冷却固溶处理的0Cr17Ni4Cu4Nb钢零件的硬度、变形量和抗拉强度差异很小;0Cr17Ni4Cu4Nb钢固溶处理可采用真空高压气冷代替水冷。

0Cr17Ni4Cu4Nb钢制螺钉断裂原因分析

某故障螺钉所用材料为0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化型不锈钢。通过断口宏微观观察、金相检验、硬度检测和能谱分析等实验,确定螺钉的断裂性质及断裂原因。结果表明:螺钉的失效性质为疲劳断裂;故障螺钉与疲劳实验螺钉疲劳源区附近均为准解理与沿晶特征,故障螺钉的沿晶特征较明显,应与该材料特性有关,尤其是螺纹根部在预紧力、拉应力、弯曲应力等复杂的综合应力状态下,螺钉产生沿晶特征。

Ni含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢力学性能的影响

研究了Ni含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢力学性能的影响。结果表明:添加Ni元素可以降低合金中的δ-铁素体含量,Ni含量越高,合金中δ-铁素体越少;Ni含量高的合金中的富铜相颗粒分布密集,细小,而Ni含量低的合金中的富铜相分布稀疏,且相对粗大;在相同回火温度下,较高Ni含量的合金的强度较高,塑性较低。

时效温度对0Cr17Ni4Cu4Nb钢组织及力学性能的影响

以。Crl7Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢为研究对象，分析了不同时效温度对其显微组织和力学性能的影响，并对试样断口特征进行了观察分析。结果表明：随着时效温度的升高（480～550℃），材料的抗拉强度瓯和屈服强度δp0.2呈逐渐下降的趋势，而材料的断面收缩率缈和伸长率艿。呈逐渐上升的趋势；材料的冲击韧性αku受时效温度的影响比较明显，呈逐渐上升的趋势，其中在550℃时αku达到213．4（J·cm^2）。同时由断口观察分析结果显示，时效温度为55。℃时拉伸断口的放射区最小，其塑性最好；冲击断口塑性变形最为明显，纤维区和剪切唇区所占的比例最大。0Cr17Ni4cu4Nb不锈钢随着时效温度的升高，淬火马氏体基体开始回复、再结晶，逆转变奥氏体开始生成并长大，导致材料中的残余奥氏体含量增加，而残余奥氏体的存在有利于OCrl7Ni4Cu4Nb不锈钢保持良好的塑性和韧性。

Ni含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢富铜相析出的影响

研究了不同Ni含量的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢在1040℃固溶后油冷和炉冷(均进行480℃时效,分别表示为OC、FC试样)两种热处理工艺下的力学性能和微观组织变化规律,通过力学性能测试、SEM和TEM观察,探讨了Ni含量对力学性能和富铜相析出的影响。研究表明:FC试样的强度由于炉冷过程中析出了粗大的富铜相而显著低于OC试样的;随Ni含量的提高,两种试样的强度均增加,但差距在缩小,其原因是炉冷过程中析出的富铜相尺寸逐渐细小,表明Ni可以提高了Cu在γ相区的溶解度,延缓了固溶后炉冷过程中的富铜相析出;随时效温度的提高,不同Ni含量试验钢的强度降低,且Ni含量高的试验钢强度降低更显著;随Ni含量的提高,时效过程中富铜相的形核速率和长大速度增加,表明Ni降低了Cu在钢中的扩散激活能。

0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢早期损伤非线性驻波法检测

针对非线性超声纵波检测中信号幅值较低、二次谐波不易被有效激发且易受干扰的问题,提出非线性驻波检测方法。分别对0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢拉伸试件进行非线性超声纵波法和非线性驻波法检测,检测结果表明,相比于非线性超声纵波法,非线性驻波法能够提升信号幅值,有效激发材料内部由于非线性相互作用产生的二次谐波,提高超声信号的信噪比和频谱的频率分辨率,且试验结果与有限元仿真结果基本一致。对0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢三点弯曲疲劳试件进行非线性驻波检测,在疲劳寿命50%以前,不同疲劳应力下归一化超声非线性系数均随疲劳寿命增加而增大。因此,非线性驻波法能够更好的检测0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢早期损伤。

Ni含量对0Cr17Ni4Cu4Nb钢中逆转变奥氏体的影响

采用透射电镜、X-射线衍射等技术研究了Ni含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢中逆转变奥氏体的影响。结果表明,随着Ni含量的提高,时效过程中发生逆转变奥氏体的温度降低,且在相同的时效温度下得到的逆转变奥氏体含量增多。在淬火缓冷的情况下,随Ni含量的降低,时效后钢中的残余奥氏体含量增加。

时效处理对0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢组织与性能的影响

研究了时效处理对0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢组织和性能的影响。结果表明:0Cr17Ni4Cu4Nb钢时效温度的升高,强度、硬度呈先升后降趋势,460℃时效,强度达到峰值,伸长率变化不大,而面缩率有比较明显的先降后升的趋势,冲击值随时效温度的升高而提高,并且高于525℃时效冲击值陡然提高;随时效温度的升高,强化相析出增加并有长大趋势,525℃时效发生聚集长大,610℃时效可观察到析出物堆积;时效时间对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢的组织、性能影响不大。

05Cr17Ni4Cu4Nb钢时效处理过程及变形过程对逆变奥氏体体积分数的影响

利用快速相变仪、X射线应力分析仪、MTS材料试验机等设备,对经不同温度时效处理的05Cr17Ni4Cu4Nb试样测量逆变奥氏体体积分数,分析605℃时效处理时不同保温时间下逆变奥氏体体积分数的变化,研究拉伸变形情况下逆变奥氏体体积分数变化情况.结果表明:在未超过材料Ac1情况下,逆变奥氏体体积分数随着时效温度的升高而增加,超过Ac1情况下,时效处理冷却过程中发生马氏体转变,逆变奥氏体体积分数反而降低;605℃时效处理情况下,逆变奥氏体体积分数随着保温时间延长先增加后减少,含量增加过程中逆变奥氏体析出行为符合JMA动力学方程;逆变奥氏体在变形过程中发生相变,其变形前后逆变奥氏体体积分数比值的对数值与真应变存在较好的线性关系.

调整处理对0Cr17Ni4Cu4Nb钢组织及耐蚀性的影响

运用极化曲线、循环极化曲线等电化学方法研究了0Cr17Ni4Cu4Nb钢经不同工艺热处理后的耐海水腐蚀性能,并对显微组织进行了观察和分析.实验结果表明:固溶处理后的0Cr17Ni4Cu4Nb钢加入调整处理后再进行时效处理,组织更加均匀细小且击破电位、钝化区宽度及保护电位均有明显的提高,耐海水腐蚀性能全面优于直接时效态试样.调整处理的加入及参数的变化导致加热过程中合金碳化物的析出数量和种类发生变化,从而对其组织及耐蚀性能产生了影响.

燃气轮机叶片材料0Cr17Ni4Cu4Nb砂带磨削性能研究

理论分析了在切除过程中磨粒与材料表面的交互作用机理,进行了砂带磨削燃气轮机叶片材料0Cr17Ni4Cu4Nb的试验研究,系统分析了各磨削工艺参数对材料切除率的影响规律,该研究对生产实践具有理论指导意义。

调整处理对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与力学性能的影响

实验室研究了调整处理工艺对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与力学性能的影响,通过力学性能测试和金相显微组织观察,结果表明:随调整处理温度的提高,强度逐渐增加,塑性、韧性逐渐下降;816℃调整处理后,随时效温度的提高,强度逐渐下降,塑性、韧性逐渐增加;在相同的时效温度下,与固溶态相比,调整处理后的强度显著较低,但塑性、韧性较高。

0Cr17Ni4Cu4Nb超声振动钻削的钻削力和切屑研究

针对深小孔钻削过程中存在轴向力和扭矩较大、断屑排屑效果差、刀具易磨损等问题,通过建立轴向振动钻削运动数学模型,分析了超声振动钻削的钻削力和断屑机制。在设计的超声轴向振动钻削试验装置上对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料进行了普通钻削和超声振动钻削深小孔加工试验,对比分析了轴向力、扭矩和切屑形状。实验结果表明:与普通钻削相比,超声振动钻削降低了轴向力和扭矩,获得了良好的断屑和排屑效果,提高了钻削过程的稳定性,延长了刀具的使用寿命。

合金元素—铌对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与力学性能的影响

实验室研究了Nb含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与力学性能的影响,通过力学性能测试和金相显微分析,研究结果表明:随Nb含量的增加,强度增加,塑性降低;随时效温度的升高,强度下降,上限Nb含量试验料的强度下降较缓;随淬火冷却速度的降低,强度下降;随时效后冷却速度的降低,强度增加;Nb含量控制在中限容易满足技术条件的要求。

固溶处理对0Cr17Ni4Cu4Nb钢耐腐蚀性能及组织的影响

运用极化曲线、循环极化曲线等电化学方法研究了0Cr17Ni4Cu4Nb钢经不同工艺固溶处理后的耐海水腐蚀性能,并对显微组织进行了观察和分析。试验结果表明:在1040℃下该不锈钢经60min固溶处理可获最佳的耐海水腐蚀性能和较高的硬度值。其显微组织主要为淬火马氏体+少量的残余奥氏体+δ-铁素体,且晶粒大小均匀。

Cu含量对马氏体沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb组织和性能的影响

试验0Cr17Ni4Cu4Nb钢(/%:0.016~0.017C,0.31~0.35Si,0.79~0.85Mn,0.009~0.012P,0.008~0.010S,15.29~15.43Cr,4.10~4.15Ni,3.34~4.92Cu,0.25~0.27Nb)由25 kg真空感应炉冶炼,锻造成Φ18 mm棒材。通过力学性能测试和组织分析,试验研究了3.34%~4.92%Cu含量对0Cr17Ni4Cu4Nb钢相变点,1 040℃1 h油冷,460~610℃2 h空冷时效的力学性能和组织的影响。结果表明,钢中Cu含量增加,对该钢Ac_3无显著影响,Ac_1下降,M_s点上升,M_f点下降;钢中Cu含量高时,钢的强度、硬度较高,塑性略低;当Cu含量为中下限时,可满足技术条件力学性能的要求,即460~500℃时效后R_m≥1 315 MPa,R_(p0.2)≥1 175 MPa,A≥10%,Z≥40%。

合金元素对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与力学性能的影响—铜(3)

实验室研究了Cu含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与力学性能的影响,通过力学性能测试和金相显微分析,研究结果表明:在淬火冷却速度较快的情况下,随Cu含量的增加,强度增加,塑性下降;随淬火冷却速度的降低,强度下降,且Cu含量越高,强度下降的幅度越大;在淬火缓冷情况下,Cu含量对强度的影响不大;随时效后冷却速度的降低,强度增加;Cu含量控制在中下限容易满足技术条件的要求。

合金元素对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与力学性能的影响—铬(2)

实验室研究了Cr含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与力学性能的影响,通过力学性能测试和金相显微分析,研究结果表明:随Cr含量的增加,容易产生δ铁素体,引起C、Cr等元素的偏析,使As点、Mf点降低,且Mf点可降到室温以下,导致强度降低、塑性、韧性增加;随淬火冷却速度的降低,强度降低,塑性增加;随时效冷却速度的降低,强度增加;选择下限的Cr含量容易满足技术条件要求。

时效处理对05Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢力学性能及组织的影响

试验研究了1040℃固溶的马氏体沉淀硬化不锈钢05Cr17Ni4Cu4Nb在480~620 ℃时效5 h的组织,强度和硬度。结果表明,随时效温度升高,马氏体基体逐渐分解,碳化物析出而降低;在时效处理过程中,随时效温度升高,富Cu相最初以球形析出,逐渐发展成椭圆形及杆状,尺寸增大,与基体共格界面消失,强化效果减弱;05Cr17Ni4Cu4Nb钢经1 040℃固溶,480℃5 h时效后,其HRC硬度值44.3,满足钢材HRC硬度值43的要求。