125ksi超级马氏体油管成分-组织-性能-工艺综合控制技术

125ksi钢级15Cr超级马氏体不锈钢具有优良的高强度、高韧性匹配与耐CO_(2)腐蚀性能,是深度>7000 m深井油井管的候选材料。从成分设计、生产工艺、组织调控等方面,论述了15Cr超级马氏体不锈钢油管的高强高韧综合控制技术。成分控制方面,采用无δ铁素体成分设计,w[Cr]取15%,w[Ni]取6.5%~7%,w[C]取0.01%~0.03%,w[Cu]取1.25%~1.5%,Cr、Ni元素合理匹配是降低δ铁素体含量的主要因素,C、Cu含量的合理匹配是获得高强高韧力学性能的关键因素。冶炼工艺方面,研究了电弧炉钢杂质元素的影响,结果表明,V、N、Al杂质元素会增加15Cr钢的硬度,将回火温度提高至550~575℃,能够降低硬度保证韧性。热加工成型方面,通过热变形试验,获得了15Cr钢的动态再结晶规律,制定了无缝管热穿孔成型变形温度1100~1150℃,能够获得细小的再结晶晶粒。组织性能调控方面,通过热处理工艺研究,确定了正火温度采用950~980℃,即能保证晶粒尺寸不明显长大,又能获得高强度与高韧性的匹配。

超级马氏体不锈钢冲击韧性的研究进展

超级马氏体不锈钢具有优异的综合性能,在众多工业领域得到广泛的应用。然而,一些现代工程结构朝着大型化方向发展,超级马氏体不锈钢所面临的使用条件更加严苛,提高了对构件冲击韧性的要求。该文专注于论述超级马氏体不锈钢冲击韧性的研究进展,旨在为母材及焊接结构韧性的优化提供参考。首先,综述了N,Nb,Ti,Cu,V等微合金化元素对母材韧性的影响,N,Nb,Ti,V的加入会在组织中形成氮化物、碳化物等析出相而损害材料的冲击性能,添加适量的Cu元素没有形成对韧性有害的析出相,由于其促进了韧化相逆变奥氏体的形成而改善了材料的韧性,其次,从焊接方法与保护气体的选择两个角度总结了不同焊接工艺下超级马氏体不锈钢焊缝的韧性水平,现有MAG焊接工艺下水轮机转轮焊接接头的冲击韧性低于母材,制约了水电行业的进一步发展,最后,指出对微合金化技术的深入研究及焊接工艺和热处理工艺的优化是推动超级马氏体不锈钢应用的重要方向。

TGOG13Cr-1超级马氏体不锈钢的组织和性能

采用SEM、金相、Gleeble 3800观察和分析了TGOG13Cr-1超级马氏体不锈钢在不同热处理制度下的组织转变和力学性能的变化情况。试验结果表明,TGOG13Cr-1室温下的显微组织为低碳回火马氏体,其Ac1为720℃、Ac3为860℃、Ms为281℃、Mf为157℃;在相同的淬火温度和回火工艺下,采用水淬较空冷更容易实现对力学性能的控制;随着回火温度的升高,合金的强度、硬度越低,塑性、韧性越好。

13Cr超级马氏体不锈钢的组织

采用TEM、SEM等研究13Cr超级马氏体不锈钢不同热处理后的的显微组织。结果表明,试验用钢淬火后的组织为板条马氏体。800、850、900、950、1000、1050和1100℃淬火后试样原始奥氏体晶粒尺寸为16.8～56.88μm;随淬火温度的升高原始奥氏体晶粒逐渐长大,马氏体板条束逐渐粗大。不同温度淬火650℃回火,A钢和B钢的组织均为保留原马氏体位相的细小回火马氏体。试样在1050℃淬火并在不同温度回火后有逆变奥氏体产生,在650℃以下回火时随着回火温度的升高和保温时间的延长逆变奥氏体含量逐渐增多,且回火后逆变奥氏体主要以长条状及菱形状分布于马氏体板条束间及奥氏体晶界处。

基于人工神经网络的超级马氏体不锈钢淬火力学性能预测

利用人工神经网络(ANN)方法建立了超级马氏体不锈钢(SMSS)淬火工艺参数与力学性能的预测模型。模型输入单元为淬火温度、保温时间和冷却方式,输出单元为抗拉强度、屈服强度和伸长率;网络为3-9-3结构,动量因子为0.2,采用提前终止法与Levenberg-Marquardt算法相结合训练网络,以实验结果验证网络的可靠性。预测结果表明,抗拉强度、屈服强度和伸长率相对误差绝对值的最大值分别为2.2050%、1.4393%和8.4211%。该模型可为SMSS热处理工艺制定提供参考依据。

含W的Cr15型超级马氏体不锈钢组织性能分析

采用全自动热膨胀相变仪、光学显微镜、透射电镜、高分辨电镜及能谱分析和力学万能试验机等手段,研究含W的Cr15型超级马氏体不锈钢经淬火+回火后的微观组织和力学性能.结果表明,淬火+回火后的微观组织为回火马氏体及分布在马氏体基体中的逆变奥氏体两相组织,形成的逆变奥氏体与马氏体板条符合K-S关系.在基体上弥散析出的纳米级金属化合物Laves相以及富铜相ε-Cu起到强化作用.该钢具有优良的力学性能,洛氏硬度为26～36,抗拉强度为895～1 009 MPa,延伸率为17%～21%.

冷处理对超级马氏体不锈钢组织及逆变奥氏体的影响

研究了淬火+回火(No.1钢)及淬火+冷处理+回火(No.2钢)两种处理工艺下,超级马氏体不锈钢组织和性能的差异。结果表明:两钢中基体组织均为回火马氏体,但经过冷处理的No.2钢马氏体板条更平直,尺寸更小。在No.1、No.2钢中,随回火温度的升高,逆变奥氏体含量的变化趋势都为先增高后降低。在No.1、No.2钢中逆变奥氏体达到最大值的回火温度分别为650℃,700℃。No.2钢中Ni元素富集点含量比No.1钢低,但Ni富集点数比No.1钢多。No.1、No.2钢的硬度变化趋势都为先快速降低后缓慢回升,但在相同回火温度下,No.2钢的硬度值更低。

热处理对超级马氏体不锈钢腐蚀性能的影响

对两种(含W、Cu,不含W、Cu)超级马氏体不锈钢(SMSS)进行1050℃保温0.5 h后淬火及不同温度(550℃、650℃、750℃)保温2 h的回火处理,在饱和CO2浓度下,Cl-浓度为2.12%的NaCl溶液中采用电化学方法研究其耐蚀性能。循环极化曲线分析结果证实,回火温度对耐腐蚀性能有重要影响,并且550℃时耐腐蚀性能最好;含W、Cu的SMSS具有较高的点蚀电位。交流阻抗分析表明,回火温度为550℃的样品具有最高的阻抗值,形成的钝化膜最稳定。

04Cr13Ni5Mo超级马氏体不锈钢焊接性能研究

模拟了04Cr13Ni5Mo超级马氏体不锈钢不同焊接热循环条件下热影响区组织,进行了焊条电弧焊接及焊后热处理试验,分析了焊接热模拟试样及焊条电弧焊接头的微观组织、力学性能。焊接热模拟试验结果表明,模拟热影响区的组织主要为低碳板条马氏体,其硬度较母材有较大提高,冲击韧性有所下降;模拟单道焊或多道焊时,不同的冷却速度及层间热处理对模拟热影响区的硬度及冲击韧性影响不大,600℃焊后回火热处理可以明显软化模拟热影响区组织,并让其冲击韧性恢复到较高水平。焊条电弧焊接结果表明,采用04Cr13Ni5MoRe型焊条及配套的焊后热处理工艺,可以获得良好综合力学性能的焊接接头。

超级马氏体不锈钢焊接的研究进展

超级马氏体不锈钢(SMSS)由于具有很高的强度和硬度,良好的韧性和耐腐蚀性等特点,且成本低,得到了广泛的应用。介绍了近年来国内外SMSS焊接的研究进展,并阐述了合金元素(如Cr、Ni、Mo、N、Nb等)对SMSS焊接接头力学性能和显微组织的影响。对焊接接头中出现的硫化应力腐蚀、晶间应力腐蚀、氢脆等缺陷现象进行了分析;讨论了微观组织和热处理工艺对SMSS焊接接头性能的影响。最后对SMSS焊接的研究方向进行了展望。

水电行业用超级马氏体不锈钢合金化特点

阐述了水电行业用超级马氏体不锈钢的性能要求以及此类材料成分设计、合金化特点和基本原则。重点分析了合金成分设计对于超级马氏体不锈钢中逆转变奥氏体和δ铁素体含量及分布的影响。

超级马氏体不锈钢焊接工艺

针对12Cr型低碳马氏体不锈钢的特点,开发出了两套焊接工艺。试验结果表明,本次所开发的焊接工艺在不进行焊后热处理的状态下,焊接接头各项性能均能满足使用要求,提高了焊接效率。

00Cr15超级马氏体不锈钢在含H_2SO_4的酸性NaCl溶液中的电化学特征

超级马氏体不锈钢耐各种介质的腐蚀对其使用至关重要。采用电化学噪声(ENC)、电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化(PDP)曲线,研究了00Cr15超级马氏体不锈钢在含H2SO4的酸性NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:随着其浸泡时间的延长,噪声电阻逐渐增大,噪声谱功率曲线的斜率在48 h时突然下降,即钝化膜变得稳定;电化学阻抗谱中的容抗弧随时间的延长逐渐增大,48 h后基本不再变化;随浸泡时间的延长,点蚀电位升高,维钝电流密度下降;00Cr15超级马氏体不锈钢在含H2SO4的酸性NaCl溶液中的再钝化能力强,耐蚀性好。

轧制工艺对13Cr超级马氏体不锈钢组织的影响

对13Cr超级马氏体不锈钢进行轧制温度1000～1100℃,变形量40%～60%的轧制实验,轧制后进行水冷和回火处理。对不同轧制工艺下的试样的显微组织进行观察,用X射线衍射(XRD)检测回火后的逆变奥氏体含量,在扫描电镜(SEM)下观察并分析回火后试样的Ni元素分布。结果表明,在各轧制工艺下试样均发生了再结晶,晶粒尺寸随着轧制温度的升高及变形量的减小而增大;经轧制水冷并回火处理后的试样,Ni元素发生富集并促进逆变奥氏体形成,随着轧制温度的升高及轧制变形量的减小,Ni元素的富集程度增大,回火后的逆变奥氏体含量增加。

超级马氏体不锈钢00Cr13Ni4Mo力学性能与抗磨蚀性能试验

通过扫描电镜、透射电镜、硬度与冲击试验以及冲刷磨损试验,对超级马氏体不锈钢00Cr13Ni4Mo在8种不同热处理工艺下的力学性能与抗磨蚀性能进行了研究。结果表明：00Cr13Ni4Mo钢在550～650℃回火后产生逆变奥氏体,逆变奥氏体降低了材料的强度与硬度,增加了材料的韧性;00Cr13Ni4Mo钢的抗磨蚀性能主要与硬度有关,而与其冲击韧性关系较小;从材料性能和经济性综合考虑,00Cr13Ni4Mo钢最佳热处理工艺为1 050℃/9h正火＋550℃/6h一次回火处理。

13Cr超级马氏体不锈钢的热变形行为研究

利用Gleeble热模拟试验机对13Cr超级马氏体不锈钢进行单道次热模拟压缩实验,以研究温度在950～1200℃、应变速率在0.1～5 s^(-1)下的热变形行为,并分析了不同条件下晶粒的组织演变规律;基于Sellars双曲正弦模型构建了13Cr超级马氏体不锈钢的流变应力本构方程。结果表明,随着变形温度的升高和应变速率的降低,峰值应力降低;随着变形温度的升高,晶粒逐渐长大、粗化。随着应变速率的升高,动态再结晶晶粒明显细化。经计算得到了热变形激活能Q=519580.9 J/mol,并得到了Zener-Hollomon参数的表达式。

超级马氏体不锈钢在酸性浸滤液中的冲刷腐蚀行为

利用电化学测试技术及质量损失法,研究了超级马氏体不锈钢S-165及316L奥氏体不锈钢在模拟冶金酸性浸滤溶液中的电化学腐蚀性能和在1.56 m/s流速下的液-固两相流(10%H2SO4+5%NaCl+150g/L Al2O3)中的冲刷腐蚀行为。结果表明,316L比S-165不锈钢点蚀电位高,钝化区间宽,耐蚀性能好,但S-165超级马氏体不锈钢的耐冲刷腐蚀性能明显优于316L不锈钢;冲刷腐蚀2 h,316L不锈钢的总腐蚀速率为S-165的3.1倍,冲刷腐蚀持续12 h时,316L总失重率为S-165的2.3倍;冲刷腐蚀过程中316L不锈钢呈现机械磨损促进腐蚀的交互损伤主导破坏,超马钢S-165表现为腐蚀主导破坏,但S-165较高的强度及硬度抑制了腐蚀与冲刷的交互作用,从而获得了较强的冲刷腐蚀抗力。

V对超级马氏体不锈钢组织及力学性能的影响

利用光学显微镜(OM)、铁素体仪、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和万能拉伸试验机等表征手段和试验方法研究了V含量对超级马氏体不锈钢组织及力学性能的影响。结果表明:经过相同的淬火-配分工艺(淬火+500℃配分20 min)处理后,含0.12V的超级马氏体不锈钢具有更高的抗拉强度和屈服强度,与含0.06V钢相比,分别提高了24%和28%,但伸长率下降了24%。0.12V钢的原奥氏体晶粒尺寸和板条马氏体束宽度小于0.06V钢,0.12V钢中有VN生成,奥氏体含量低于0.06V钢。试验钢强度的提高主要归因于V元素的细晶强化和析出强化作用。

超级马氏体不锈钢焊丝MAG焊熔敷金属冲击性能优化

白鹤滩百万千瓦水电机组全部采用国产HS13/5L焊丝进行焊接,成功实现了中国高端装备制造的重大突破.HS13/5L焊丝为水轮机转轮同材质焊接材料,属于13Cr型超级马氏体不锈钢,然而其MAG焊熔敷金属的韧性低于母材,针对此问题,将现有的MAG平焊焊接工艺调整为立向上焊焊接工艺,以提高熔敷金属的冲击韧性.对比分析了平焊、立向上焊熔敷金属的微观组织和冲击性能.结果表明,立向上焊位置回火热处理态熔敷金属的室温冲击吸收能量达到120 J以上,比平焊位置提高了约40%.两种焊接位置下的熔敷金属微观组织的相组成无明显差异,焊态组织为淬火马氏体+残余奥氏体+δ-Fe,回火热处理态组织为回火板条马氏体+逆变奥氏体+δ-Fe.立向上焊熔敷金属中的氧化夹杂物密度比平焊位置降低了约22%.平焊和立向上焊熔敷金属冲击断口整体呈现出韧性断裂的特征,立向上焊位置熔敷金属的韧性优于平焊位置.

超级马氏体不锈钢SuperCr13在模拟地层水环境中的腐蚀行为

采用电化学方法研究了超级马氏体不锈钢SuperCr13在2种模拟地层水环境中的腐蚀行为,并与传统2Cr13马氏体不锈钢作为对比。结果表明,模拟地层水中HCO3-含量越高,材料的自腐蚀电位越低,自腐蚀电流密度越大;传递电阻和钝化膜电阻降低,Warburg阻抗的模值下降,钝化膜保护性下降,腐蚀过程加速;循环极化曲线显示SuperCr13和2Cr13在模拟地层水中均表现出良好的再钝化性能,SuperCr13的保护电位更高,再钝化性能更好。