12%Cr超超临界转子钢锻造裂纹机理分析及损伤模型建立

针对12%Cr超超临界转子钢锻造表面裂纹严重的问题,从变形条件及应力-应变状态的角度出发,基于热拉伸实验获取了相应条件下的应力-应变曲线。通过分析断口形貌,判断了12%Cr超超临界转子钢高温拉伸断裂为典型的韧性断裂,并分析了锻造裂纹的产生与析出相的关系。通过观察试样断口切片,发现了大量相互缠结的位错,这些相互缠结的位错也是导致金属断裂的原因。通过对临界损伤值的比对发现,在应变速率为0.5 s^(-1)、温度为1100~1200℃时锻造最不易产生裂纹;在Normalized Cockcroft&Latham损伤模型的基础上引入温度补偿的应变速率因子Zener-Hollomon参数,建立了临界损伤值与Zener-Hollomon参数的关系式,得到考虑了温度和应变速率综合影响的高温损伤模型。

12%Cr超超临界转子钢中化学元素含量与淬火温度关系的研究

通过Jmat-Pro软件模拟不同化学元素含量对12%Cr超超临界转子钢中铁素体含量的影响,研究了钢中6种化学元素与淬火温度的关系。在此基础上,利用MATLAB软件建立了12%Cr超超临界转子钢中6种化学元素含量与淬火温度之间的关系模型。

12%Cr超超临界转子钢的晶粒长大规律

研究了12%Cr钢在1 000~1 250℃温度下保温时间对奥氏体晶粒长大的影响。通过实验研究,获得了该钢奥氏体晶粒在高温下的长大规律,建立了晶粒长大的动力学模型,并通过对该模型的拟合值和试验值的对比,表明此模型对其长大规律的预测具有较高的准确性。

12%Cr超超临界转子钢的静态再结晶行为

通过在Gleeble-1500D热模拟试验机上对12%Cr超超临界转子钢进行热压缩试验,试验按照双道次进行,研究该材料在高温状态下的静态再结晶行为。讨论了应变速率和预应变对材料的静态再结晶行为的影响,阐述了变形温度和道次间隔时间等因素的影响效果。根据试验结果,建立了该材料的静态再结晶动力学模型和静态再结晶晶粒尺寸模型。试验结果表明,温度升高、预应变的增加都会使静态再结晶体积分数增大,而应变速率的增大和道次间隔时间的延长也有利于静态再结晶的发生。通过计算获得该材料的静态再结晶激活能为3.155×10^(5) J/mol,并结合静态再结晶晶粒长大模型,确立了晶粒细化工艺条件。

超临界蒸汽参数用高级的12％Cr钢的研制与制造

为了改善火电站的热效率，蒸汽参数趋向于更高的温度与更高的压力。在先进的蒸汽条件下，CrMoV钢以及常规12％Cr钢的持久强度显得偏低。因此，必须研制具有更高持久强度的新的12％Cr钢种。为此，详细研究了化学成分的影响，并研制出了称为TMK1与IMK2的12％Cr新型钢种[1]，用TMK1与TMK2制造的转子锻件已应用于实际的1000MW电站汽轮机转子。为防止12％Cr钢轴颈部分的损伤，采用了埋弧焊与冷辊压的方法对这些转子锻件的轴颈进行了焊层复差。

12%Cr超超临界转子钢热变形行为及高温塑性本构方程

以12%Cr超超临界转子钢作为研究对象,借助Gleeble-1500D热模拟实验机,在变形温度为900~1250℃,应变速率为0.005,0.05,0.5和5 s^-1,变形量为50%的条件下,对试样进行热变形压缩实验。通过实验得到了该材料在不同参数下的应力-应变曲线,采用Arrhenius双曲正弦函数推导出12%Cr超超临界转子钢最大变形抗力本构方程,并分析了不同热加工条件下12%Cr超超临界转子钢的微观组织。通过实验可以得出:12%Cr超超临界转子钢对变形温度和应变速率的变化较为敏感,变形温度越高,应变速率越低,所对应的应力值越小,再结晶现象越容易发生。12%Cr超超临界转子钢的变形激活能为Q=5.266×10^5 J·mol^-1。

加热工艺参数对12%Cr钢晶粒长大行为的影响

研究了不同加热工艺参数下(加热温度1050~1300℃,保温时间0.25~24 h)12%Cr超超临界转子钢的奥氏体晶粒长大行为,并通过光学显微镜(OM)观察晶粒尺寸的变化规律,建立晶粒长大数学模型。结果表明:随着加热温度增加,晶粒尺寸逐渐增加,加热温度低于1150℃时,晶粒尺寸增加明显,而温度高于1150℃后,晶粒尺寸逐渐趋于稳定;随着保温时间的增加,晶粒尺寸逐渐增加,保温时间增加到3 h后,晶粒尺寸增加趋势放缓。采用非线性回归方法和Arrhenius晶粒长大模型,建立了该钢的晶粒长大数学模型。