超临界汽轮机低压转子0Cr17Ni4Cu4Nb钢叶片断裂原因

某超临界汽轮机低压转子次末级0Cr17Ni4Cu4Nb钢叶片发生断裂。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜及能谱分析、金相检验、硬度测试等方法分析了叶片断裂的原因。结果表明:在灵活性运行工况下,机组承受的载荷频繁发生变化,造成低压缸进汽量和汽流频繁大幅波动,导致长叶型的次末级叶片在运行过程中发生颤振;次末级叶片的叶根尺寸与叶根槽不匹配,使叶根松动、叶片晃动,加剧了叶片的颤振;在两种因素共同作用下,机组出汽侧近叶根的应力集中区域萌生了裂纹,在叶片颤振产生的交变应力作用下,裂纹以疲劳的形式不断扩展,最终导致叶片整体断裂。

0Cr17Ni4Cu4Nb钢的热处理及显微组织和性能

0Cr17Ni4Cu4Nb钢是沉淀硬化不锈钢,通常要进行固溶处理和时效。对0Cr17Ni4Cu4Nb钢试样和零件分别在真空炉中加热至1040℃保温90~120 min随后在压力为0.1~0.4 MPa的氩气中冷却,和在普通电阻炉中加热至同样温度保温后水冷的固溶处理,以及480℃时效处理。随后检测了试样的硬度、零件的变形量和抗拉强度。结果表明:经真空高压气冷和水冷固溶处理的0Cr17Ni4Cu4Nb钢的显微组织基本相同,由马氏体、α铁素体和残留奥氏体组成;在压力为0.1~0.4 MPa的氩气中冷却固溶处理的0Cr17Ni4Cu4Nb钢零件的硬度、变形量和抗拉强度差异很小;0Cr17Ni4Cu4Nb钢固溶处理可采用真空高压气冷代替水冷。

0Cr17Ni4Cu4Nb钢电渣坯裂纹产生原因

0Cr17Ni4Cu4Nb钢电渣锭开坯后,在钢坯角部有裂纹产生。采用宏观观察、化学成分分析、金相检验等方法对该钢坯裂纹产生的原因进行分析。结果表明:开裂钢坯中的碳、氮、镍等元素含量较低,导致材料的铁素体含量较高,铁素体条带宽度较大;铁素体富集区的塑性较差,最终导致钢坯发生开裂。提高钢坯中的碳、氮、镍等元素的含量,可以改善钢坯的表面质量,避免产生裂纹。

0Cr17Ni4Cu4Nb钢制螺钉断裂原因分析

某故障螺钉所用材料为0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化型不锈钢。通过断口宏微观观察、金相检验、硬度检测和能谱分析等实验,确定螺钉的断裂性质及断裂原因。结果表明:螺钉的失效性质为疲劳断裂;故障螺钉与疲劳实验螺钉疲劳源区附近均为准解理与沿晶特征,故障螺钉的沿晶特征较明显,应与该材料特性有关,尤其是螺纹根部在预紧力、拉应力、弯曲应力等复杂的综合应力状态下,螺钉产生沿晶特征。

时效温度对0Cr17Ni4Cu4Nb钢组织及力学性能的影响

以。Crl7Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢为研究对象，分析了不同时效温度对其显微组织和力学性能的影响，并对试样断口特征进行了观察分析。结果表明：随着时效温度的升高（480～550℃），材料的抗拉强度瓯和屈服强度δp0.2呈逐渐下降的趋势，而材料的断面收缩率缈和伸长率艿。呈逐渐上升的趋势；材料的冲击韧性αku受时效温度的影响比较明显，呈逐渐上升的趋势，其中在550℃时αku达到213．4（J·cm^2）。同时由断口观察分析结果显示，时效温度为55。℃时拉伸断口的放射区最小，其塑性最好；冲击断口塑性变形最为明显，纤维区和剪切唇区所占的比例最大。0Cr17Ni4cu4Nb不锈钢随着时效温度的升高，淬火马氏体基体开始回复、再结晶，逆转变奥氏体开始生成并长大，导致材料中的残余奥氏体含量增加，而残余奥氏体的存在有利于OCrl7Ni4Cu4Nb不锈钢保持良好的塑性和韧性。

调整处理对0Cr17Ni4Cu4Nb钢组织及耐蚀性的影响

运用极化曲线、循环极化曲线等电化学方法研究了0Cr17Ni4Cu4Nb钢经不同工艺热处理后的耐海水腐蚀性能,并对显微组织进行了观察和分析.实验结果表明:固溶处理后的0Cr17Ni4Cu4Nb钢加入调整处理后再进行时效处理,组织更加均匀细小且击破电位、钝化区宽度及保护电位均有明显的提高,耐海水腐蚀性能全面优于直接时效态试样.调整处理的加入及参数的变化导致加热过程中合金碳化物的析出数量和种类发生变化,从而对其组织及耐蚀性能产生了影响.

05Cr17Ni4Cu4Nb钢时效处理过程及变形过程对逆变奥氏体体积分数的影响

利用快速相变仪、X射线应力分析仪、MTS材料试验机等设备,对经不同温度时效处理的05Cr17Ni4Cu4Nb试样测量逆变奥氏体体积分数,分析605℃时效处理时不同保温时间下逆变奥氏体体积分数的变化,研究拉伸变形情况下逆变奥氏体体积分数变化情况.结果表明:在未超过材料Ac1情况下,逆变奥氏体体积分数随着时效温度的升高而增加,超过Ac1情况下,时效处理冷却过程中发生马氏体转变,逆变奥氏体体积分数反而降低;605℃时效处理情况下,逆变奥氏体体积分数随着保温时间延长先增加后减少,含量增加过程中逆变奥氏体析出行为符合JMA动力学方程;逆变奥氏体在变形过程中发生相变,其变形前后逆变奥氏体体积分数比值的对数值与真应变存在较好的线性关系.

固溶处理对0Cr17Ni4Cu4Nb钢耐腐蚀性能及组织的影响

运用极化曲线、循环极化曲线等电化学方法研究了0Cr17Ni4Cu4Nb钢经不同工艺固溶处理后的耐海水腐蚀性能,并对显微组织进行了观察和分析。试验结果表明:在1040℃下该不锈钢经60min固溶处理可获最佳的耐海水腐蚀性能和较高的硬度值。其显微组织主要为淬火马氏体+少量的残余奥氏体+δ-铁素体,且晶粒大小均匀。

05Cr17Ni4Cu4Nb钢焊接接头的疲劳性能

采用四点弯曲疲劳试验方法,研究了05Cr17Ni4Cu4Nb汽轮机低压末级动叶片用钢焊接接头的疲劳性能,绘制了该钢焊接接头的S-N曲线,并与05Cr17Ni4Cu4Nb钢母材进行了对比。研究结果表明,采用优化的焊接、热处理工艺,05Cr17Ni4CuNb钢焊接接头的条件疲劳极限可以达到母材的90%以上。疲劳试样断口的扫描电子显微镜观察发现,焊缝表面或近表面的显微缺陷及接头的组织不均匀性是影响05Cr17Ni4Cu4Nb钢焊接接头接头疲劳性能的主要因素。

不同环境下05Cr17Ni4Cu4Nb钢超高周疲劳性能研究

采用超声振动疲劳试验机、SEM等手段,分别在室温、22%NaCl室温和95℃水蒸气的环境下,对895 MPa强度等级的05Cr17Ni4Cu4Nb钢进行超高周疲劳性能研究。研究结果表明,在109周次寿命循环下,该材料在三种环境下的疲劳极限分别为490 MPa、460 MPa和360 MPa。对断口进行SEM分析,发现95℃水蒸汽环境下对材料疲劳失效断口特征影响较小。而在22%NaCl环境下会在材料表面凹凸处产生局部腐蚀,造成裂纹易于从此处萌生,降低疲劳寿命。

中间时效对05Cr17Ni4Cu4Nb钢材料性能的影响

在快速相变仪上模拟实际热处理过程中热膨胀曲线,分析不同热处理后05Cr17Ni4Cu4Nb钢金相组织及力学性能,采用X射线法测量不同热处理下逆变奥氏体含量,可以得出:中间时效能提高马氏体转变开始点,降低Rm、RP0.2、RP0.02强度值,对断面收缩率、延伸率影响不大,在最终时效工艺相同情况下,中间时效对最终逆变奥氏体含量影响不大。

Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削划伤原因分析

Cr17Ni4Cu4Nb钢韧性很大,热导率和弹性模量低,其机械、物理性能给磨削加工带来很大的困难,在磨削过程中会产生磨削划伤现象。在高速、高温、高压、强腐蚀等恶劣环境下,磨削划伤会导致材料疲劳寿命的下降。因此,分析磨削划伤的原因并采取相应措施很有必要。

重熔渣系对0Cr17Ni4Cu4Nb钢性能的影响

对0Cr17Ni4Cu4Nb钢采用A、B两种重熔渣系进行电渣重熔试验,结果表明,两种渣系电渣重熔均能满足0Cr17Ni4Cu4Nb钢对成分、夹杂物含量、力学性能的要求,但采用B渣系冶炼能显著提高0Cr17Ni4Cu4Nb钢的横向冲击性能,显著改善材料塑性的各向异性,满足叶片用钢缩小纵、横向性能比的高要求。

残余奥氏体对05Cr17Ni4Cu4Nb钢逆变奥氏体含量的影响

根据实际热处理工况,在快速相变仪上模拟设计热处理工艺,通过控制中间时效终了温度,考核不同含量未转变奥氏体对最终时效后逆变奥氏体含量的影响。结果表明:最终时效后奥氏体含量与其合金元素含量有关;随着中间时效后未转变奥氏体含量的增加,最终时效后奥氏体含量先增加后减少。严格控制残余奥氏体含量是控制叶片产品逆变奥氏体含量的手段之一。

05Cr17Ni4Cu4Nb钢焊接接头疲劳性能试验分析

采用四点弯曲疲劳试验方法,测试了汽轮机低压末级动叶片05Cr17Ni4Cu4Nb钢焊接接头的疲劳性能,绘制了该接头的S-N曲线,并与钢母材进行了对比。结果表明:采用优化的焊接、热处理工艺,05Cr17Ni4CuNb钢焊接接头的条件疲劳极限可以达到母材的90%以上;焊缝表面或近表面的显微缺陷及接头的组织不均匀性是影响该焊接接头疲劳性能的主要因素,严格控制焊接工艺、减少焊缝显微缺陷、防止热影响区晶粒过度长大是提高叶片焊接接头疲劳寿命的重要措施。

Ni含量对0Cr17Ni4Cu4Nb钢中逆转变奥氏体的影响

采用透射电镜、X-射线衍射等技术研究了Ni含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢中逆转变奥氏体的影响。结果表明,随着Ni含量的提高,时效过程中发生逆转变奥氏体的温度降低,且在相同的时效温度下得到的逆转变奥氏体含量增多。在淬火缓冷的情况下,随Ni含量的降低,时效后钢中的残余奥氏体含量增加。

0Cr17Ni4Cu4Nb钢中铁素体含量的研究

0Cr17Ni4Cu4Nb中的铁素体相破坏了组织的均匀性,降低了材料塑韧性,在蠕变中加速了材料的老化速率,降低了材料的使用寿命。因此,控制铁素体相含量具有重要意义。化学成分和热加工温度是影响0Cr17Ni4Cu4Nb的主要因素。本文在确定合理化学成分的基础上,通过控制锻造温度,降低了热加工过程中铁素体相的形成,国内普遍认为铁素体相应控制在10%以内,采用上述措施可将铁素体相控制在5%以内。

应变率对05Cr17Ni4Cu4Nb钢拉伸性能的影响

采用万能材料试验机和旋转盘冲击拉伸装置对05Cr17Ni4Cu4Nb钢进行了不同应变率的拉伸实验研究,获得了05Cr17Ni4Cu4Nb钢沿轧制方向和垂直于轧制方向在应变率为10-2/s^103/s范围内的应力应变曲线,分析了应变率对05Cr17Ni4Cu4Nb钢屈服应力的影响规律。结果表明,05Cr17Ni4Cu4Nb钢在两个方向的弹性模量和拉伸强度几乎相当,但沿轧制方向的断裂强度和断裂延伸率较高,05Cr17Ni4Cu4Nb钢沿轧制方向和垂直于轧制方向的屈服应力均随应变率升高而增大,但变化趋势不同。根据实验结果,拟合得到了05Cr17Ni4Cu4Nb钢不同方向屈服应力与应变率变化关系的方程。

0Cr17Ni4Cu4Nb钢零件耐磨强化工艺研究

激光强化和电弧离子镀TiN多层复合薄膜强化是0Cr17Ni4Cu4Nb钢零件的两种耐磨强化工艺。在高温高压模拟工况下,通过试验对比研究激光强化和电弧离子镀TiN多层复合薄膜强化的效果。试验表明,两种耐磨强化工艺均可有效提高0Cr17Ni4Cu4Nb钢零件的耐磨性能。在实际工程中采用将激光强化和电弧离子镀TiN多层复合薄膜强化相结合的复合强化工艺,可以进一步提高0Cr17Ni4Cu4Nb钢零件的耐磨性能,延长其使用寿命。

0Cr17Ni4Cu4Nb钢的组织与性能研究

采用光学金相显微镜分析了0Cr17Ni4Cu4Nb钢在热处理后的显微组织。应用硬度试验研究了0Cr17Ni4Cu4Nb钢在1040℃固溶处理后,480℃时效时的硬度变化规律。结果表明,1040℃固溶处理后显微组织主要由块状低碳马氏体组织和残余奥氏体组成;在480℃时效时,随着时效时间的延长,硬度先升后降,时效4小时时硬度值最高。