锅炉扁钢用免退火12Cr1MoV盘条控轧控冷工艺优化

为开发免球化退火扁钢用12Cr1MoV热轧盘条,基于形变诱导相变机理,采用830℃终轧温度和800℃的吐丝温度。通过抑制形变奥氏体晶粒回复和再结晶过程增加形变储能,促进奥氏体分解为铁素体和珠光体组织。同时配合轧后风冷辊道速度调节,实现分段控制冷却,延长盘条在630~750℃区间停留时间,可完全消除盘条中马氏体和贝氏体组织。试验结果为:热轧盘条抗拉强度从576 MPa降至520 MPa,断面收缩率从66%提高至74%,淬火组织的消除使盘条变形能力明显优化,避免少量或极少量马氏体组织无法协同变形而产生的心部孔洞或拉拔断裂,经用户多规格批量使用,未发生塑性开裂问题。

12Cr1MoV珠光体耐热钢连续冷却相变研究

采用热膨胀测试仪、激光共聚焦显微镜、显微硬度仪以及扫描电镜等手段,研究了12Cr1MoV珠光体耐热钢连续冷却相变,绘制了实验钢过冷奥氏体连续冷却转变(CCT)曲线,分析了冷却速率对冷却过程相变组织演变规律的影响。结果表明,冷却速率为0.5~30℃/s时,实验钢CCT曲线中会出现铁素体、珠光体、贝氏体以及马氏体四个相变区域。冷却速率为0.5~1℃/s时,转变产物由铁素体和珠光体组成;冷却速率为1.5~10℃/s时,转变产物主要是上贝氏体和铁素体;冷却速率为10~20℃/s,转变产物主要是上贝氏体、下贝氏体以及马氏体混合组织;冷却速率为30℃/s,转变产物主要由马氏体组成。冷却速率为1.5~20℃/s时,过冷奥氏体转变组织出现上贝氏体,会导致材料机械性能下降,容易导致裂纹形成和扩展。基于上述研究结果,提出降低12Cr1MoV钢连铸坯和热轧线下冷速措施,以减少上贝氏体组织,通过调整后棒材表面裂纹得到有效控制。

12Cr1MoV钢过热器管开裂原因

某公司服役的12Cr1MoV钢过热器管在较短的时间内发生开裂现象,采用宏观观察、化学成分分析、硬度测试、氢气含量分析、扫描电镜分析、金相检验等方法分析其断裂原因。结果表明:由于管坯内部存在原始疏松缺陷,穿孔轧制后缺陷位于钢管内壁;在钢管服役过程中,锅炉气中超标氢分子扩散渗入管壁,在内部缺陷处富集,过热管弯管段存在较大的残余应力,使缺陷处发生氢致应力腐蚀开裂,最终导致过热器管开裂。

1Cr12MoV钢锻件力学性能不合格原因分析及工艺改进

为研究1Cr12MoV钢锻件力学性能不合格的原因,采用化学成分分析、光学显微镜及扫描电镜等手段,对锻件的化学成分、显微组织及断口形貌展开分析。结果表明,基体组织中存在大尺寸、聚集分布的网状共晶碳化物,其等级达到了5级,不满足≤3级的要求,这也是导致力学性能不合格的主要原因。通过对模锻坯料进行自由锻拔长,增加模锻工序的变形量,并添加预备热处理工艺,改善了共晶碳化物形态和分布,力学性能满足了交付要求。

火烧温度和冷却方式对12Cr1MoV钢显微组织和力学性能的影响

将12Cr1MoV钢加热至不同温度(650,750,850,950,1050,1150℃)保温3 h并分别进行空冷和水冷来模拟火灾现场的火烧过程,采用金相检测、小冲杆试验、拉伸试验和硬度测试研究了火烧温度和冷却方式对试验钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:当火烧温度不高于750℃时,空冷和水冷方式下试验钢的显微组织均主要为铁素体、珠光体和碳化物,强度、断后伸长率和硬度随火烧温度的变化很小;在空冷方式下,当火烧温度高于750℃时,随着火烧温度升高,试验钢的晶粒尺寸变大,珠光体含量增加,使得强度增大,断后伸长率降低;在水冷方式下,当火烧温度高于750℃时,试验钢组织中出现马氏体,随着火烧温度升高,马氏体含量增加,试验钢强度和硬度提高,断后伸长率降低。

12Cr1MoV钢受热面管的剩余寿命研究

对已运行10万h的某机组12Cr1MoV钢高温过热器受热面管进行理化检验,对比不同方法预测出的此管的剩余寿命。结果表明:该受热面管常规力学性能均符合标准要求,其损伤等级达到3级;损伤累积法的评估结果更能准确地反映材料的实际寿命;结合材料组织老化分析结果,综合评估此机组12Cr1MoV钢高温过热器受热面管的剩余寿命约为6.5万h。

超声冲击处理对服役态12Cr1MoV钢焊接接头的组织结构与性能影响

采用超声冲击(UIT)技术对在役12Cr1MoV钢焊接接头表面进行强化处理,分析了不同冲击参数下接头表面形貌、表层微观组织及硬度分布特征,并利用透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术对接头表面变形层的组织演化进行分析。结果表明:超声冲击处理能够改善服役态12Cr1MoV钢焊接接头焊趾区几何形貌并提高焊趾处几何过渡半径和焊趾处硬度值,相较未冲击试样,当采用UIT1和UIT2冲击参数处理时,焊趾处过渡半径分别提高了108.2%和116.4%,相应地,焊趾处硬度平均值分别增加了32.3%和34.9%(距表面0.1 mm深度内)。此外,通过试验证实超声冲击处理能够在服役态12Cr1MoV钢焊接接头表层引入梯度纳米晶结构层,且晶粒发生纳米化主要依靠位错滑移方式实现。

12Cr1MoV钢管球化4级性能分析及寿命评估

当蒸汽管12Cr1MoV钢管检验达到球化4级(完全球化)时,在运行管道上取样,分析材料各项性能,采用等温线外推法计算管道的剩余寿命,为提供科学依据。该案例为判断火电厂长期服役的高温蒸汽管道的性能情况、剩余寿命提供了方法。

12Cr1MoV钢高温时效过程中组织结构的演变

用Larson Miller参数对 12Cr1MoV钢进行了在不同温度与时间的高温时效模拟 ,研究了其显微组织和亚结构的演变。光学显微镜、扫描电镜及透射电镜的观察分析表明 ,在时效过程中的主要组织结构变化是珠光体的消散与分解 ,碳化物从固溶体中脱溶 ,碳化物粗化并向晶界转移以及晶粒长大。同时 ,位错密度下降并结成位错网络。

基于蠕变曲线的12Cr1MoV钢寿命外推计算方法

对广泛使用于电厂主蒸汽管道的 12Cr1MoV耐热钢的蠕变曲线进行了研究 ,将恒应力蠕变与恒载荷蠕变进行对比 ,证明θProjectionConcept方法可以成功地描述恒应力蠕变 ,但不适合恒载荷蠕变。根据 12Cr1MoV钢的恒载荷蠕变曲线 ,提出一种描述恒应力和恒载荷蠕变曲线的修正的θ法 ,从而可利用已有的大量恒载荷蠕变数据 ,有效地进行蠕变曲线的外推。此外在蠕变曲线外推的基础上 ,结合损伤力学分析和归一化处理 ,提出了高温部件寿命逐步外推法的概念 ,从而摆脱了以往寿命外推方法存在的种种局限性 ,如工况的波动、组织的变化、材料自身的差异等带来的误差 。

12Cr1MoV珠光体耐热钢长期服役中碳化物的变化及对性能的影响

采用电解萃取、X射线衍射和能谱分析等手段,对一个失效的12Cr1MoV钢过热器管中碳化物的变化、组织中主要碳化物的尺寸和所占比例对材料性能的影响进行了研究。结果表明:长期高温服役的珠光体耐热钢中碳化物的聚集、长大以及碳化物类型的转变是导致材料性能劣化的重要原因;碳化物分析可为实际生产中12Cr1MoV珠光体耐热钢的判废提供了一种新方法,该方法比珠光体球化等级分析方法更为可靠、实用。

12Cr1MoV耐热钢管焊接温度场模拟与试验验证

为了得到珠光体耐热钢12Cr1MoV合理的钢管焊接热输入,准确预测焊接热影响区宽度,能够提供典型位置的热循环曲线,掌握和预测焊后热影响区及附近区域组织转变规律,采用ANSYS有限元软件对钢管焊接过程进行数值模拟,并将模拟结果与试验数据进行比较.结果表明,采集特征点热循环曲线与模拟结果非常吻合;焊接热影响区宽度模拟值与实测值基本一致;焊缝区以针状铁素体为主,热影响区主要是先共析铁素体和伪共析索氏体,过热区有少量铁素体和粒状贝氏体.

屏式过热器T23/12Cr1MoV异种钢接头失效分析

对某1 000 MW超超临界发电机组屏式过热器管屏进口段T23/12Cr1MoV异种钢焊接接头的失效进行了试验分析。宏观与微观检查表明,裂纹沿管子焊缝周向分布,开裂起始于12Cr1MoV管内壁粗晶粒热影响区,扩展至1/3厚度处进入焊缝,在焊缝中继续扩展至管子外壁。通过力学性能试验得出失效的主要原因是热影响区及焊缝的硬度高而塑韧性低,建议进行焊后热处理,以改善接头塑韧性和消除焊接残余应力。

12Cr1MoV钢主蒸汽管道运行19万小时后的组织性能评定

采用金相观察、碳化物类型及成分分析、力学性能检测等试验手段,对运行了19万小时的电厂用12Cr1MoV钢主蒸汽管道进行组织与性能评定。结果表明,碳化物在晶界和晶内均发生聚集,其类型从运行前的M3C、MC转变为M3C、MC、M7C3、M2C,但晶粒和碳化物没有长大的迹象,且未发现使其性能严重恶化的M23C6和M6C型碳化物。室温下,其强度和冲击韧性有所下降,但塑性无明显变化;高温下强度下降,但塑性和冲击韧性有所提高。总之,该管道的组织和性能仅发生了轻度劣化,可以继续安全运行。

高温再热器T23/12Cr1MoV异种钢焊缝失效机理

通过裂纹宏观形貌、硬度试验、裂纹微观形态等分析,研究了1 900 t/h锅炉高温再热器T23/12Cr1MoV异种钢安装焊缝运行8 000 h断裂失效机理。结果表明:取消焊前预热及焊后热处理,将造成焊缝及热影响区产生淬硬马氏体组织,粗晶区晶粒严重粗化,晶界弱化;在高温运行温度下,焊接残余应力及管内蒸汽运行压力下,在焊缝与粗晶区界面处产生应力集中,随着外加应力塑性增加,在焊缝与粗晶区界面粗晶界产生裂纹。再热裂纹是造成高温再热器T23/12Cr1MoV异种钢焊缝断裂失效的主要原因。

12Cr1MoV钢高温时效中组织结构变化的原子扩散分析

试验了成分 (% )为 :0 0 95C 1 0 0Cr 0 31Mo 0 2 2V的 12Cr1MoV珠光体耐热钢在 6 5 0～ 75 0℃ 1 4 2～ 873h时效时钢中合金元素的扩散、位错亚结构以及碳化物大小、数量和分布。并运用原子扩散无规行走理论计算了在对应不同Larson Miller指数P值的不同温度和时间下时效时钢中合金元素的扩散距离。结果表明 ,扩散分析的结果与试验材料成分和各种结构单元特征尺寸范围内组织结构的变化相一致 ;而且 12Cr1MoV钢在 5 0 0℃以上时效时 ,铬、钼原子的扩散与迁移距离显著 ,为 10～ 38μm ,远大于迁移距离约为 0 5 μm的钒原子。这从动力学角度说明钒是通过弥散强化提高 12Cr1MoV钢热强性的主要元素之一。

12Cr1 MoV钢SW-CCT曲线的测试

针对12Cr1MoV钢焊缝区金属相变研究这一空白,以温度作为实时检测的变量,实时记录焊接过程中焊缝区的温度变化,提取实际焊接热过程中的峰值温度和实时的冷却速度,作为绘制12Cr1MoV钢焊缝区连续冷却转变(SW-CCT)曲线的热模拟工艺.借助热模拟试验机,辅以实际的焊接冷却速度,得到12Cr1MoV钢的SW-CCT曲线.当t8/3段的平均冷却速度小于1.7℃/s时,12Cr1MoV钢焊缝区金属的室温组织为铁素体(F)+珠光体(P)+贝氏体(B);冷却速度小于4.7℃/s时,室温组织为P+B;冷却速度小于33℃/s时,室温组织为B;冷却速度大于33℃/s时,室温组织为马氏体(M).焊缝区金属热模拟样的室温组织观察结果、维氏硬度测试结果与SW-CCT曲线的测试结果一致.

12Cr1MoV钢高温运行过程中组织和性能的研究

运用金相分析、SEM显微观察及力学性能测试方法分析研究电厂蒸汽管道12Cr1MoV钢在高温环境下长期运行对管材组织和性能的影响。结果表明,高温条件下长期运行,管材强度和塑性均有所下降,管材组织的不均匀性促进了珠光体的球化和碳化物的析出,拉伸断口出现准解理形态,管材的组织和性能发生了轻度劣化,但仍可以继续安全运行。

合金元素对12Cr1 MoV钢中Fe的自扩散和C的扩散能力的影响

应用余氏理论计算了 2 0℃～ 70 0℃不同温度下αFe -Me、Fe -C和Fe -C-Me单元的价电子结构 ,并根据价电子结构分析了 1 2Cr1MoV钢中Cr、Mo、V等合金元素对Fe的自扩散和C的扩散能力的影响。分析发现 ,Mo对Fe的自扩散抑制作用显著 ,V能加剧自扩散 ,Cr的作用则不明显。合金元素和C的结合力比Fe与C的结合力强 ,对C的扩散有一定抑制作用 ,而且V的作用最大 ,Mo次之 。

高温运行后12Cr1MoV钢焊接接头的显微组织和力学性能

利用光学显微镜、拉伸和冲击试验机、显微硬度计等对高温运行前后12Cr1MoV钢焊接接头的组织及力学性能进行了研究。结果表明:高温运行后,焊接接头组织中除了原始组织中的铁素体和珠光体外,还出现颗粒状析出物,热影响区和焊缝处组织中出现了贝氏体;焊接接头的屈服强度和抗拉强度分别由高温运行前的455,625MPa下降为430和583MPa,平均冲击功从160J下降为124J;冲击断口上有许多裂纹,裂纹上有明显的台阶,断裂方式为塑性断裂;高温运行后母材和焊缝区的硬度分别为190,265HV,焊缝的硬度符合供货方技术要求,而母材硬度超标。