超超临界机组转子钢FB2持久性能和组织演变研究

以FB2转子钢为研究对象,通过高温持久试验、金相显微镜、扫描电镜及透射电镜等研究手段,研究了FB2转子钢在630℃下的持久性能及组织演变规律。结果表明:FB2转子钢为回火马氏体组织,原奥氏体晶界与晶内均析出了大量细小M_(23)C_(6)碳化物。持久实验中在应力作用下,随时间延长,马氏体板条发生分解逐渐变宽,位错密度下降,M_(23)C_(6)碳化物在原奥氏体晶界和马氏体板条边界上逐渐长大,Laves相逐渐在原奥氏体晶界上析出长大,并聚集成链状分布。微观组织结构的变化会显著影响高温持久性能,但FB2转子钢最长断裂点仍能满足630℃、105h持久应力不小于100 MPa的要求。

超超临界机组转子COST-FB2钢630℃长期时效稳定性研究

以COST-FB2转子钢为研究对象,利用冲击试验、高温拉伸试验、硬度测试、扫描电镜、透射电镜及X射线衍射仪等测试方法研究了630℃长期时效中COST-FB2转子钢组织和性能的变化。结果表明:随着时效时间延长,冲击功、硬度和高温强度都呈下降趋势,冲击韧性在2000h后下降较为明显,后逐渐趋于稳定。硬度(HBW)总体处在较高水平(2479.4MPa),高温塑性未见明显变化。M_(23)C_(6)碳化物尺寸及含量有所增长,但未见明显粗化;Laves相尺寸增长更明显并在晶界处聚集,但未形成链状。Laves相的析出长大与聚集是导致冲击韧性下降的主要原因。研究结果认为630℃时效至5000 h COST-FB2钢能够保持较高的高温稳定性。

630℃长期时效对FB2转子钢组织和力学性能的影响

通过冲击性能试验、硬度测试、扫描电镜和透射电镜观察等方法对630℃不同时效时间后的FB2转子钢样品进行组织观察和力学性能分析。结果表明,FB2转子钢在630℃时效过程中能够保持较好的高温稳定性; FB2转子钢的冲击断口表现为准解理脆性断裂;在时效前期,位错回复,冲击韧性提高;在时效中后期,由于析出相M_(23)C_6和Laves相在晶界位置聚集粗化,引起应力集中,冲击性能下降,时效5000 h后转子钢的冲击吸收能量为17 J;在长时时效过程中,FB2转子钢的强度下降趋势与析出相M_(23)C_6的尺寸变化趋势相一致,当析出相M_(23)C_6进入尺寸稳定期后FB2转子钢的硬度也基本稳定为253. 4 HBW(5/750),析出相M_(23)C_6是维持FB2转子钢服役性能的重要影响因素。

固溶工艺对FB2转子钢晶粒长大行为的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)对不同固溶工艺处理后的FB2试验钢进行了组织观察,研究了固溶工艺对FB2转子钢晶粒长大行为的影响。结果表明:当固溶温度低于1050℃时,试验钢的晶粒长大速率较慢,当固溶温度高于1100℃时,晶粒可以迅速长大。延长固溶时间,晶粒长大速率逐渐下降,8h后晶粒不再明显长大。利用Sellars模型,描述FB2转子钢晶粒尺寸与加热温度和保温时间的关系。提高固溶温度能够提高晶界活性和减弱第二相粒子对晶界的“钉扎”作用,使晶粒迅速长大。FB2转子钢在1100℃下,长时间固溶处理,晶粒发生异常长大的倾向不大。

回火工艺对COST-FB2转子钢组织与性能的影响

利用OM、SEM和TEM等手段研究了回火工艺对COST-FB2转子钢的显微组织与力学性能的影响,结果表明:570℃一次回火后,马氏体板条内有杆状Fe_(3)C和细小颗粒状的MX,板条界有少量颗粒状碳化物析出;700℃二次回火后,板条内杆状Fe_(3)C和板条界上颗粒状碳化物消失或转变成M23C6型碳化物。经570℃一次回火,COST-FB2转子钢试样的强度较高,冲击功较低,再经700℃回火强度略有降低,冲击功增加。经不同温度的2次回火的调整,COST-FB2转子钢试样获得了较好的强韧性配合。

回火温度对COST-FB2转子钢析出相与力学性能的影响

为了调整COST-FB2转子钢的强韧性,采用OM、SEM和TEM等手段研究了回火温度对COST-FB2转子钢的析出相类型与力学性能的影响。结果表明,随着回火温度由350℃升高到750℃,试验钢的强度、硬度不断下降,塑性和冲击功上升;试验钢350℃和570℃回火后的高强低韧性可通过再次在700℃回火改善。淬火后COST-FB2转子钢中的残余奥氏体,可通过在570℃回火消除;在350℃和570℃回火后马氏体板条内部有大量针状的M_(3)C,700℃回火后的显微组织中M_(3)C消失,M_(23)C_(6)在原奥氏体晶界和马氏体板条界上析出,750℃回火后晶界上的M_(23)C_(6)有聚集粗化的现象,部分马氏体板条存在回复现象。