2Cr12Ni4Mo3VNbN钢的冲击性能

将不同炉次的2Cr12Ni4Mo3VNbN钢锭锻造成ϕ220 mm棒材。对棒材进行1050℃保温1 h油淬、560℃回火2 h空冷和540℃回火2 h空冷。棒材的冲击试验表明,钢锭顶部和底部锻制的棒材冲击性能差异较大。为此,检测了由两炉次钢锭锻制的2Cr12Ni4Mo3VNbN钢棒材的冲击韧度、冲击断口形貌、化学成分、显微组织和析出相成分。结果表明:钢锭顶部和底部锻制的2Cr12Ni4Mo3VNbN钢棒材中一次MX型析出相的含量和分布不同,从而导致其冲击性能差异较大。

1Cr12Ni3Mo2VN(M152)耐热钢的脆化机制

12%Cr耐热钢的脆化一直是材料研究的热点问题,借助于力学性能测试、金相分析、断口扫描分析以及TEM微观结构分析,研究了1Cr12Ni3Mo2VN(M152)耐热钢在淬火、回火以及时效过程中产生的脆性,结果表明:淬火时的冷却速度对冲击韧性有显著的影响,冷却速度过慢将导致不可逆脆性,其脆化机制是由于缓冷时M23C6碳化物沿原奥氏体晶界连续析出,以及回火时残余奥氏体发生分解导致M2C碳化物沿奥氏体薄膜连续析出,杂质元素的原奥氏体晶界偏聚不是产生脆化的原因,导致不可逆脆化的淬火缓冷通过的温度区间为820℃～660℃;与回火温度有关的脆性有二类:450℃～500℃回火产生的(475脆性),脆化严重,其脆化机制是杂质元素的原奥氏体晶界偏聚和脆性相的析出,去脆化处理可以恢复其韧性;另一类是在约625℃回火产生的,脆化程度较轻;高温回火后缓冷引起的脆化很复杂,杂质元素的晶界偏聚、粗碳化物的析出以及二次淬火均导致回火脆性,通过去脆化处理均可以恢复其韧性。杂质元素的晶界偏聚是脆化的主导机制,二次淬火引起的脆化受环境影响非常大,引起的脆化也非常严重,是产品质量不稳定的主要原因。595℃长期时效脆化主要是由碳化物的析出以及杂质元素的非平衡晶界偏聚引起的,临界时间约为100h,通过去脆化处理可以恢复其部分韧性。

1Cr12Ni3Mo2VN耐热钢淬火工艺研究

利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等研究了1Cr12Ni3Mo2VN耐热钢的淬火工艺对组织的影响。结果表明,淬火温度1 030℃以上时,奥氏体晶粒显著长大,淬火后获得粗大的马氏体,抗拉强度和冲击韧度都显著降低;残余奥氏体发生热失稳分解是引起试验钢淬火缓冷后冲击韧度显著降低的主要原因。最佳淬火工艺为(1 010~1 030℃)×1 h油冷,试样具有优良的综合力学性能。

高温回火对1Cr12Ni3Mo2VN耐热钢力学性能和组织的影响

研究了1Cr12Ni3Mo2VN钢1010℃1 h油冷,2次580～620℃1 h回火空冷后的力学性能和组织。试验结果表明,在620℃回火拉伸试样中,回火马氏体板条界析出大量聚集的粗化的块状M_(23)C_6碳化物,试样塑性变形以孪晶方式进行,塑性较低;580℃回火拉伸试样塑性变形以滑移方式进行,塑性较好。该钢最佳回火工艺为两次580℃1 h空冷。

淬火冷却速度对耐热钢1Cr12Ni3Mo2VN组织和性能的影响

研究了1040℃1h油冷、炉冷(5℃/min)、1℃/min、0.5℃/min冷却后耐热钢1Cr12Ni3Mo2VN的组织和该钢1040℃1h不同冷却速度淬火+565℃2h空冷后的力学性能。试验结果表明,该钢4种冷却速度淬火均可得到马氏体组织,但油冷+回火的A_(KV2)值为156.5 J,而5～0.5℃/min冷却+回火时为40.5～16.5 J。残余奥氏体发生热失稳分解是导致试验钢淬火缓冷后冲击韧性显著下降的主要原因;在淬火缓冷过程中720～820℃这一温度段,由于原奥氏体晶界上碳化物的大量析出,使残余奥氏体中合金元素和碳含量的显著减少,造成淬火组织中的残余奥氏体稳定性大幅度下降。

2Cr12Ni4Mo3VNbN新型叶片钢高频淬火后的显微组织与疲劳性能

为提高2Cr12Ni4Mo3VNbN马氏体不锈钢叶片的疲劳性能,对调质处理后的叶片刃口区进行了高频淬火处理,研究了高频淬火前后2Cr12Ni4Mo3VNbN钢的显微组织、残余应力分布和疲劳性能。结果表明:2Cr12Ni4Mo3VNbN钢高频淬火后显微组织中的原奥氏体晶粒和马氏体板条束都得到细化,没有明显的析出物,而未高频淬火的马氏体有较多窄条状M3C析出。2Cr12Ni4Mo3VNbN叶片高频淬火区表层层深0.1 mm以内主要为压应力,应力值约在-450 MPa^-20 MPa之间,且随层深增加而减小。高频淬火态2Cr12Ni4Mo3VNbN钢的疲劳裂纹扩展门槛值为6.75 MPa·m^1/2,高于未高频淬火态下的4.73 MPa·m^1/2,并且高频淬火态2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中的疲劳裂纹扩展速率低于未高频淬火态。这表明,高频淬火处理提高了2Cr12Ni4Mo3VNbN马氏体不锈钢的疲劳裂纹扩展抗力和疲劳裂纹扩展寿命。

热处理工艺对1Cr12Ni3Mo2VN耐热钢力学性能的影响

研究了热处理工艺对1Cr12Ni3M02VN钢力学性能的影响。结果表明，淬火温度超过1030℃时．钢的奥氏体晶粒显著长大，导致抗拉强度和冲击韧度都显著降低；淬火加热时间即奥氏体化时间为0．5～1h时，钢的抗拉强度和冲击韧度均明显下降；淬火加热时间超过1h，二者的变化不大。若淬火和回火冷却速度过低，则沿晶界析出碳化物M23C6，从而导致冲击韧度明显下降。

新型超超临界机组用叶片钢11Cr12Ni3Mo2VN的热变形行为

通过Gleeble-3500热模拟试验机对11Cr12Ni3Mo2VN马氏体耐热钢进行等温热压缩实验,研究了其在变形温度T为900~1050℃、应变速率为0.001~10 s^-1条件下的热变形行为,确定了材料的热变形参数。通过对峰值应力的拟合建立了热变形本构方程,并对本构方程的准确性进行了验证,发现建立的本构方程能够准确预测材料在高温变形时的流变应力。根据ln[sinh(ασ)]-lnε曲线求得材料的热变形表观激活能Q为450.988 kJ/mol。以动态材料模型和Murthy失稳判据为理论基础绘制了热加工图,结合应力-应变曲线,确定了11Cr12Ni3Mo2VN耐热钢的最佳加工工艺参数:加工温度为980~1050℃,应变速率为0.1 s^-1或更小。还利用光镜研究了加工温度、应变速率等热变形参数对材料微观组织演变的影响。结果表明,热变形温度和应变速率都会影响11Cr12Ni3Mo2VN耐热钢的动态回复和动态再结晶机制。加工温度起决定性作用,在温度较低的条件下,材料的动态回复机制占主导;随着温度的升高,材料的软化机制以动态再结晶为主。应变速率对动态再结晶晶粒尺寸的影响较大,低应变速率有利于动态再结晶的充分进行,晶粒大小更加均匀,材料在热变形后的性能更加优异。

耐热钢2Cr12Ni4Mo3VNbN的热变形行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机,研究了耐热钢2Cr12Ni4Mo3VNbN在变形温度为900~1200℃、应变速率为0.01~1 s^(-1)、变形量为0.5条件下的热压缩变形行为和微观组织演化规律。基于真应力-真应变曲线分析不同变形温度和应变速率对试验钢热变形行为的影响,采用Arrhenius双曲正弦方程构建耐热钢2Cr12Ni4Mo3VNbN的流变应力本构模型,并结合动态材料模型(DMM)绘制了热加工图。结果表明,流变峰值应力随变形温度升高或应变速率下降而降低,在应变速率为0.1 s^(-1)时,变形温度达到1000℃后开始出现再结晶,且随变形温度升高再结晶晶粒越大;在不同温度下组织中均发现有δ铁素体,其含量随温度升高而增加。结合热加工图和微观组织分析,确定了耐热钢2Cr12Ni4Mo3VNbN的最佳热加工区域为1068~1172℃,0.08~0.12 s^(-1)。

1Cr12Ni3Mo2VN耐热钢的回火工艺

利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等研究了1Cr12Ni3Mo2VN耐热钢的回火工艺,结果指出试验钢产生第一类回火脆性的主要原因是马氏体板条界存在聚集长大的Fe_3C及M_3C脆性相,导致冲击韧性显著下降。Mo_2C与基体处于共格状态,使基体周围晶格产生很大的静畸变是次要原因;产生第二类回火脆性的原因,一是由于碳化物M_(23)C_6沿原奥氏体晶界和马氏体板条界迅速聚集并粗化,二是板条间残余奥氏体膜因碳贫化而发生热失稳分解。结合技术协议要求,为了有利于组织的稳定性,本试验钢的最佳回火工艺为580℃×2h空冷。

2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中析出相的热力学计算与试验分析

利用Thermo-Calc热力学软件计算了2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中各个元素在成分范围内均为中值时的平衡相图,同时计算了2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中碳、铬、钼、铌、氮元素含量变化时的平衡相图,以此分析钢中主要平衡析出相和合金元素含量对析出相析出行为的影响。为验证热力学计算的可靠性,采用XRD、SEM及TEM等分析方法对热处理后的2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中析出相类型进行了试验验证。结果表明,钢中的平衡析出相为MX相、M_(23)C_(6)、M_(6)C、Z相和Laves相。在热力学平衡条件下,MX相在850℃转化为Z相,M_(6)C在787℃转化为Laves相。但是在实际热处理过程,由于保温时间较短且冷却速度较快,上述转化过程不会发生,所以钢中主要析出相为MX相、M_(23)C_(6)和M_(6)C。平衡析出相种类与相分析的试验结果基本一致。MX相存在大尺寸的一次MX相和细小弥散的MX相,MX相主要受铌、氮元素影响,其析出量随氮含量升高而升高,析出温度随铌含量升高而升高;M_(23)C_(6)相的析出温度随碳含量增加而升高,析出量也随之升高;M_(6)C的析出温度随铬含量增加而降低,随钼含量增加而升高;在成分范围内,元素控制原则为增加碳含量以增加M_(23)C_(6)的析出强化作用,减少铬含量以避免热加工时进入δ-Fe相区,减少钼含量以降低Laves相析出倾向,减少铌含量以降低一次MX相的析出温度,氮含量需要采取中间量以减少一次MX相析出,增加低温阶段细小弥散的MX相析出。