淬火温度对12Cr12Mo钢的组织、力学性能及低周疲劳性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、布氏硬度计和电子万能试验机等研究了汽轮机叶片用12Cr12Mo钢经不同温度淬火及680℃回火处理后的显微组织及力学性能;并研究了其经不同工艺处理后的低周疲劳性能,建立了寿命预测模型。结果表明:随着淬火温度(940~1000℃)的升高,12Cr12Mo钢的奥氏体晶粒持续长大,马氏体板条宽度逐渐增大,更多的碳化物颗粒固溶于基体中,力学性能呈现先上升后下降的趋势;980℃淬火及680℃回火后12Cr12Mo钢的显微组织最好,进而其力学性能最佳、循环断裂次数最大、棘轮应变最小和低周疲劳性能最好;1000℃淬火及680℃回火后12Cr12Mo钢中含较多的δ-铁素体,导致其力学性能较差;当应力比R=0.1时,12Cr12Mo钢的低周疲劳寿命预测模型为:S_(eq)N_(f)^(0.0134)=495.5072。

补焊修复12Cr12Mo钢叶片表层复合喷丸后的残余应力

对补焊修复的12Cr12Mo马氏体耐热钢燃气轮机叶片表面进行陶瓷丸+玻璃丸的复合喷丸处理,研究了复合喷丸对叶片表层不同位置处残余应力、显微组织以及硬度的影响。结果表明:复合喷丸后叶片表面各区域均引入较高水平的残余压应力场,其中补焊区残余应力的变化最明显,引入的残余压应力最大,由复合喷丸前的35~224 MPa范围拉应力变为-937~-884 MPa范围压应力;复合喷丸后,叶片表层的X射线衍射半高宽随距表面距离的增加而减小,补焊区表层的X射线衍射半高宽均高于热影响区和基体,说明随距表面距离的增加,组织变形程度减小,且补焊区组织形变最大,组织最细小;叶片表层的硬度随距表面距离的增加而降低,补焊区的表面硬度为621 HV,高于热影响区的482 HV和基体的431 HV。

12Cr12Mo马氏体耐热钢成分再设计及热处理分析

根据12Cr12Mo马氏体耐热钢标准成分范围,结合理论分析与实践经验,进行成分再设计,平衡铁素体、奥氏体形成元素,添加W、Co等元素,确定新设计的马氏体耐热钢成分为0.1C-12Cr-2.0Co-1.5W-0.45Mn-0.45Ni-0.3Mo-0.3Cu-0.25Si-0.01P-0.01S。其A_1和A_3温度分别约为795℃和840℃,超过A3温度后单相奥氏体达99.8%以上;热处理制度为950℃正火,730℃回火,由CCT曲线得出冷却速度高于0.01℃/s后,即可获得全马氏体组织。

回火温度对12Cr12Mo钢电子束焊接接头微观组织及性能的影响

12Cr12Mo马氏体不锈钢被广泛应用于燃气轮机叶片的制造,但其电子束焊接接头易出现组织和性能不均匀性问题。为此,研究了回火温度对12Cr12Mo马氏体不锈钢电子束焊接接头微观组织及力学性能的影响。结果表明:经高温回火热处理,焊缝中的脆硬马氏体转变为回火索氏体。随着回火温度从650℃升高到720℃,焊缝区大角度晶界含量呈先上升后下降趋势,回火温度为690℃时回火索氏体亚板条平均尺寸最小,为0.26μm。与未回火相比,690℃回火后焊缝与母材的抗拉强度差从563 MPa缩小到58.2 MPa,显微硬度差从148 HV0.2下降到22 HV0.2,接头抗拉强度达到了845.5 MPa。当回火温度高于690℃时,回火索氏体中的亚板条结构长大,碳化物发生粗化,导致接头的拉伸强度及显微硬度均呈下降趋势。

大厚度12Cr12Mo不锈钢电子束焊接接头显微组织及性能不均匀性

12Cr12Mo不锈钢是航汽轮机静叶环的重要材料,厚板12Cr12Mo不锈钢焊接接头会出现显微组织和性能不均匀性问题。本实验采用电子束焊接制备厚板12Cr12Mo不锈钢对接接头,对接头进行组织和力学性能研究。结果表明:焊接接头沿着熔深方向产生了组织和性能的不均匀性,焊缝区中主要为淬火马氏体,热影响区为马氏体和回火索氏体的混合组织,母材区为回火索氏体。焊缝区和热影响区的大角度晶界含量都随着熔深的增加而减小,焊缝区的晶粒尺寸随着熔深的增加而减小;热影响区不同厚度位置的晶粒尺寸相同,但小于焊缝区和母材晶粒尺寸。随着焊缝接头熔深的增加,拉伸强度和硬度逐渐增加,但延伸率不断降低,分层拉伸试样断裂位置出现在焊缝区,拉伸断口的韧窝随熔深的增加逐渐变小和变浅,焊缝不同区域的热输入和冷却速度引起组织演变不同是导致组织和力学性能不均匀性的主要原因。

调质态12Cr12Mo横向性能热处理工艺研究

研究了不同淬火温度、不同回火温度、保温时间及冷却方式对12Cr12Mo不锈钢横向力学性能的影响,结果表明,淬火温度、回火温度、回火保温时间及冷却方式对12Cr12Mo不锈钢的横向力学性能影响明显,尤其是对冲击功的影响最为显著;最优的调质热处理工艺为淬火温度960-970℃,回火温度680-690℃;在调质前增加等温退火或完全退火来改善其冲击韧性。