临界区高温侧正火对COST-FB2钢组织与性能的影响

采用扫描电镜、光学显微镜、力学性能测试等手段研究了临界区高温侧正火工艺对COST-FB2钢的显微组织与力学性能的影响.结果表明:临界区高温侧正火促进了COST-FB2钢中的球状奥氏体增加,同时抑制了针状奥氏体的发展,三次临界区高温侧正火能达到消除组织遗传的目的;最终热处理后的显微组织表明,临界区高温侧正火处理能够优化COST-FB2钢中的析出相,使M_(23)C_(6)析出相呈细小状弥散分布;临界区高温侧正火处理明显提高了COST-FB2钢的强度和韧性,其中三次临界区高温侧正火后钢的抗拉强度和屈服强度都提高了12%左右,但随着临界区高温侧正火次数的增加,组织中开始出现粗化的M_(23)C_(6)相,使钢的冲击韧性稍有下降.

淬火温度对超超临界火电站用COST-FB2钢显微组织和室温强度的影响

COST-FB2钢因具有优越的高温持久性能而被广泛应用在620℃超超临界火电站机汽轮机转子上。本工作对取自国内首支自主研发制备的20 t级COST-FB2钢转子大锻件本体的试样进行了不同温度淬火和两次回火的热处理,并测试了其力学性能,研究了淬火温度对COST-FB2钢微观组织的影响。结果表明:在1000~1150℃内,随着淬火温度升高,COST-FB2钢的强度和硬度不断增加,塑性整体变化不大,冲击功由10 J增大至23.5 J后又开始减小;COST-FB2钢的平均晶粒尺寸由65.5μm增加到212.1μm,马氏体板条块宽度由4.75μm增加至6.06μm,位错密度由4.8×10^(9) cm^(-2)增加至11.8×10^(9) cm^(-2)。通过强化增量计算推断析出强化和位错强化的增量是COST-FB2钢回火后室温屈服强度增加的主要原因;将晶界强化和马氏体板条块界强化分别与基体强度、析出强化和位错强化增量之和叠加,得出马氏体板条块界强化增量叠加值更接近试验屈服强度值。该研究结果能够为COST-FB2钢大锻件整体热处理提供参考,助力大锻件的国产化。

超超临界火电站用COST-FB2转子钢控氮工艺研究

利用30 kg真空感应炉进行不同氮分压和渗氮时间条件下的气相渗氮实验和热力学计算,研究COST-FB2钢的气相渗氮工艺.使用ARL4460直读光谱仪、TC-500气体分析仪、HIR-944B红外分析仪等对冶炼铸锭中部成分进行分析.结果表明:渗氮压力≤20 kPa时,计算值和实验值吻合较好;气相渗氮是一级反应,渗氮时间为15 min时,钢中氮含量达到平衡值;氮分压为1.5~6 kPa时,COST-FB2钢中氮的质量分数可控制在0.015%~0.03%;为了避免浇铸过程中铸锭内部形成气孔缺陷,宜采用加压浇铸,压力至少为20 kPa;为避免钢中大颗粒BN的形成,钢中氮的质量分数应控制在0.015%~0.02%,冶炼时,氮分压应控制为1.5~3 kPa.

B2O3对电渣重熔冶炼COST-FB2钢用CaF2基熔渣挥发性能的影响

使用高温同步热分析仪,以10 K/min的升温速率对55%CaF2-20%CaO-3%MgO-22%Al2O3-x%B2O3(质量分数,x≤3.0)的失重率进行测定.根据测定结果确定挥发反应机理函数G(α)和动力学参数,并分析挥发反应机理.结果表明:随B2O3加入量增加,熔渣挥发失重量降低;温度≥1 673 K时,熔渣挥发机理函数为G(α)=α,符合Mampel power law (n=1),熔渣挥发受挥发组元的形核长大控制;加入质量分数0.5%B2O3使熔渣挥发活化能从458.69 kJ·mol^-1降低至431.54 kJ·mol^-1,但B2O3加入量≥1.0%,活化能变化不明显;B2O3加入可抑制熔渣吸潮,为降低熔渣烘烤成本,熔渣中B2O3加入量应≥1.0%;提高炉内CaF2分压,可大幅降低熔渣的挥发失重及熔渣挥发对冶炼铸锭质量的影响.

超超临界机组转子COST-FB2钢630℃长期时效稳定性研究

以COST-FB2转子钢为研究对象,利用冲击试验、高温拉伸试验、硬度测试、扫描电镜、透射电镜及X射线衍射仪等测试方法研究了630℃长期时效中COST-FB2转子钢组织和性能的变化。结果表明:随着时效时间延长,冲击功、硬度和高温强度都呈下降趋势,冲击韧性在2000h后下降较为明显,后逐渐趋于稳定。硬度(HBW)总体处在较高水平(2479.4MPa),高温塑性未见明显变化。M_(23)C_(6)碳化物尺寸及含量有所增长,但未见明显粗化;Laves相尺寸增长更明显并在晶界处聚集,但未形成链状。Laves相的析出长大与聚集是导致冲击韧性下降的主要原因。研究结果认为630℃时效至5000 h COST-FB2钢能够保持较高的高温稳定性。

等温退火对COST-FB2钢组织均匀化的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等方法,模拟大型锻件热装退火过程,研究了热装等温退火工艺对COST-FB2耐热钢组织的影响。结果表明,1180℃粗晶化处理后,炉冷至700℃等温退火8 h,开始发生铁素体转变,延长退火时间至100 h,完全获得铁素体加碳化物扩散型转变组织。继续延长退火时间,原奥氏体晶粒内铁素体形核量增加,且碳化物分布变均匀,将原始粗大的晶粒分解为多个铁素体晶粒,起到细化晶粒的作用。退火析出的碳化物分布越均匀,淬火过程,对晶界的钉扎作用越明显,最终热处理后获得的组织越均匀细小。等温退火温度提高至730℃,铁素体转变需要的时间缩短,相同退火时间对组织均匀化的效果优于700℃。

回火工艺对COST-FB2转子钢组织与性能的影响

利用OM、SEM和TEM等手段研究了回火工艺对COST-FB2转子钢的显微组织与力学性能的影响,结果表明:570℃一次回火后,马氏体板条内有杆状Fe_(3)C和细小颗粒状的MX,板条界有少量颗粒状碳化物析出;700℃二次回火后,板条内杆状Fe_(3)C和板条界上颗粒状碳化物消失或转变成M23C6型碳化物。经570℃一次回火,COST-FB2转子钢试样的强度较高,冲击功较低,再经700℃回火强度略有降低,冲击功增加。经不同温度的2次回火的调整,COST-FB2转子钢试样获得了较好的强韧性配合。

回火温度对COST-FB2转子钢析出相与力学性能的影响

为了调整COST-FB2转子钢的强韧性,采用OM、SEM和TEM等手段研究了回火温度对COST-FB2转子钢的析出相类型与力学性能的影响。结果表明,随着回火温度由350℃升高到750℃,试验钢的强度、硬度不断下降,塑性和冲击功上升;试验钢350℃和570℃回火后的高强低韧性可通过再次在700℃回火改善。淬火后COST-FB2转子钢中的残余奥氏体,可通过在570℃回火消除;在350℃和570℃回火后马氏体板条内部有大量针状的M_(3)C,700℃回火后的显微组织中M_(3)C消失,M_(23)C_(6)在原奥氏体晶界和马氏体板条界上析出,750℃回火后晶界上的M_(23)C_(6)有聚集粗化的现象,部分马氏体板条存在回复现象。

620℃长期时效对汽轮机转子用COST-FB2钢组织和性能的影响

利用Thermo-Calc热力学软件对COST-FB2钢平衡条件下的析出相进行了计算,结合扫描电镜、透射电镜、化学相分析等手段研究了620℃不同时效时间下超超临界电站转子用COST-FB2钢的组织、M_(23)C_(6)碳化物和Laves相的演变,并分析了其变化对性能的影响。结果表明:COST-FB2钢在620℃后室温强度和塑性变化不大,高温强度和塑性有波动,冲击性能和硬度在时效前1000 h下降幅度较大,随着时间的进一步延长有所波动下降的幅度较小。时效0~10000 h过程中COST-FB2钢中马氏体板条结构比较稳定,位错密度和小角度界面下降,M_(23)C_(6)碳化物平均粒度增加;Laves相在时效2000 h开始析出,到时效10000 h过程中其尺寸不断增加,10000 h后平均直径约410 nm,其粗化程度远大于M_(23)C_(6)碳化物;在时效2000~6000 h,Laves相的单位面积数量不断增加,6000 h以后Laves相的单位面积数量开始下降,时效8000 h以后趋于平稳。国产COST-FB2钢转子大锻件在620℃时效10000 h过程中表现出较好的组织和性能稳定性。

COST FB2钢热变形行为及热加工图

利用Thermecmastor-Z热模拟试验机对COST FB2钢进行了等温压缩试验,研究了其在不同热变形工艺参数下的热变形行为、显微组织演变规律以及最优的热加工工艺窗口。结果表明,热变形过程中,流变应力随着变形温度的升高及应变速率的降低而降低,在不同的应变速率与变形温度下,流变应力曲线呈现出动态再结晶、动态回复与加工硬化特征。基于Arrhenius方程和Zener-Hollomon函数,求得COST FB2钢的热变形激活能Q为449.56 kJ·mol-1。建立了本构模型,该模型预测值与试验值吻合度较高。基于Prasad失稳判据建立了COST FB2钢热加工图,结合热变形后的显微组织特征,发现失稳区主要集中分布于变形温度900~950℃、应变速率0.04~0.5 s^(-1)范围内,其显微组织为沿变形方向拉长的带状组织,并存在局部流动性,对应的功率耗散值η较低;安全区显微组织主要特征是部分动态再结晶组织,功率耗散值η较高。确定了其0.8应变量下合理的热加工工艺窗口为:变形温度975~1050℃、应变速率0.01~0.14 s^(-1)以及变形温度1050~1175℃、应变速率0.01~0.5 s^(-1)。

高性能9%~12%Cr转子钢发展现状及锻件国产化概况

概括了火电机组汽轮机转子用铁素体耐热钢的发展现状,以及国内外生产与应用情况。介绍了首支COST-FB2国产化锻件的生产试制情况,并将国产锻件性能与国外报道的数据以及进口转子性能进行对比,结果表明,国产锻件能够达到国外水平,但距少数企业的高水平锻件仍存在差距。以国内现有的技术现状为基础,讨论了现阶段高性能转子锻件国产化存在的部分问题,未来需要在电渣冶炼与组织均匀化等多个方面进行技术攻关。

620℃汽轮机转子锻件用钢晶粒细化热处理工艺研究

结合9%~10%Cr铁素体钢的材料特点,对620℃汽轮机转子锻件用COST-FB2钢晶粒细化热处理工艺进行试验研究及分析。研究结果表明,原始组织为马氏体,晶粒度大于00级的COST-FB2钢试样,经660~760℃长时间等温转变处理后,可获得铁素体加碳化物扩散型转变组织。扩散型转变组织试样在1 080~1 100℃温度区间奥氏体化后淬火,可获得6级~1级晶粒度,粗大原始组织遗传被切断。这可为转子锻件产品热处理工艺的制定提供依据。