04Cr13Ni5Mo/20MnMoNb异种钢焊接接头微观组织及性能研究

为提高04Cr13Ni5Mo超级马氏体不锈钢和20MnMoNb高强钢的焊接效率和其焊接机理,采用手工钨极氩弧焊(TIG)+焊条电弧焊(SMAW)对同等厚度的两异种材料进行焊接,并通过金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线分析仪和硬度计等,研究了04Cr13Ni5Mo/20MnMoNb异种金属焊接接头微观组织和力学性能。结果表明:采用TIG+SMAW焊接可以实现04Cr13Ni5Mo/20MnMoNb异种钢的有效焊接;焊缝区域组织为γ相,从底部垂直于熔合线向上生长,Ni,Cr,Mo,Fe四种元素含量从04Cr13Ni5Mo侧向20MnMoNb侧均呈明显的梯度分布特征;接头的抗拉强度略低于两侧母材,达到04Cr13Ni5Mo超级马氏体不锈钢的92%,达20MnMoNb母材的98.2%,断裂类型为解理断裂+韧性断裂的混合型断裂;焊缝区域的硬度较两侧母材高,冲击吸收能量介于76.3~84.9 J之间。该研究对TIG+SMAW组合焊接在超级马氏体与高强钢焊接领域推广应用奠定一定的基础。

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。

20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明:氧化膜受力方向影响裂纹扩展路径,外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小,当θ角增大到90°时裂纹停止生长;外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I减小。同时,孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移,导致内层裂纹受力不均,减小了受力方向对内层裂纹生长的影响。

20Cr2Ni4钢的渗碳工艺试验

20Cr2Ni4钢是一种高Cr、Ni渗碳合金钢,具有良好的淬透性、硬度和心部韧性。采用“渗碳+高温回火+二次加热淬火+低温回火”及“渗碳+直接淬火+冷处理+低温回火”两种工艺对20Cr2Ni4钢进行热处理,并从显微组织、渗层硬度梯度、表面及心部硬度、耐磨性与冲击性能等方面进行对比。结果表明:“渗碳+高温回火+二次加热淬火+低温回火”处理后的试样渗碳效果、表面硬度更好,“渗碳+直接淬火+冷处理+低温回火”处理后的试样则减少了淬火变形与表层氧化脱碳。

预氧化处理对20Cr2Ni4钢渗碳淬火工艺的影响

在渗碳热处理前增加预氧化工序,可以使产品的渗层更趋均匀,并适量提高渗速。本研究在不同预氧化温度和预氧化时间下对20Cr2Ni4钢进行预氧化,再进行“渗碳+直接淬火+冷处理+低温回火”热处理,检测不同工艺下所得试样的显微组织与性能,探究预氧化时间和温度对热处理试样的显微组织、硬度、渗碳层深度及耐磨性等相关性能的影响规律,从而确定最佳预氧化时间及温度。结果表明:预氧化并不会影响试样渗碳淬火后的组织,500℃预氧化60 min后热处理试样的渗碳层不均现象得到改善,其表面硬度、渗碳速度以及耐磨性亦有所提升。

高温环境下Cr20Ni32Nb铸造管开裂原因分析

在乙烯裂解装置高温裂解气环境下运行的铸造Cr20Ni32Nb钢带叉锥体发生了开裂。采用宏观检查、超声波检测、光谱分析和金相分析等方法对开裂带叉锥体的损伤形貌、剩余壁厚、金属化学成分及金相组织形貌进行了检测,结果表明,带叉锥体的失效形式为蠕变开裂。铸造Cr20Ni32Nb钢带叉锥体长期服役在高温、拉应力环境下,其金相组织中的枝晶间碳化物逐渐溶解并发生蠕变变形,大量的蠕变孔洞在晶界处相互连接形成裂纹,裂纹沿晶界不断扩展,最终导致带叉锥体发生开裂。

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。

高温时效对20Cr32Ni1Nb奥氏体不锈钢微观组织演化及高温力学性能的影响

采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、高温拉伸、高温冲击、硬度分析等研究了950℃高温时效对20Cr32Ni1Nb钢微观组织演化及高温力学性能的影响。结果表明:长期时效过程中,材料在基体内会析出大量的二次碳化物,枝晶界上会发生NbC和M23C6碳化物的不断长大和粗化,并且NbC会向G相转变。与原始状态的材料性能相比,材料的屈服极限和抗拉强度在时效初期首先略微增加,之后连续下降,同时,伸长率的变化呈现出单调下降的趋势。高温冲击韧性随时效时间增加先大幅度下降,随后微小增加,长期时效后,高温冲击韧性呈现出连续缓慢下降的趋势。在整个时效过程中,硬度先略微增加之后单调下降,总体而言,硬度的下降幅度有限。

时效时间对20Cr32Ni1Nb钢显微组织与力学性能的影响

对20Cr32Ni1Nb钢进行950℃、不同时间(200~5 000h)时效处理,研究时效时间对该钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着时效时间的延长,20Cr32Ni1Nb钢晶界上共晶碳化物的层片状结构消失,并由短杆状逐渐变成颗粒状,奥氏体基体内析出弥散分布的二次碳化物,且在时效500h时,二次碳化物的数量最多;时效5 000h时,20Cr32Ni1Nb钢中有G相析出;随着时效时间的延长,20Cr32Ni1Nb钢的抗拉强度和屈服强度均先增后降,伸长率减小,冲击韧性呈先降后增再降的变化趋势,时效5 000h时,冲击韧度为40J·cm^(-2)。

20Cr32NiNb钢热壁集气管的失效分析

某厂CO转化炉热壁集气管在服役2a后发生早期开裂,通过断口宏观观察、扫描电镜观察、化学成分分析、力学性能测试等对开裂集气管进行了失效分析。结果表明:集气管的失效形式为蠕变开裂;由于集气管长期在高温下服役,大量蠕变孔洞在晶界处萌生,并在高温和应力作用下不断长大,相邻蠕变孔洞间相互连接或融合,形成裂纹,在应力作用下,裂纹沿晶界不断扩展并最终导致集气管的开裂。

长期时效对20Cr32Ni1Nb奥氏体不锈钢组织演化及蠕变行为的影响

采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和蠕变试验,研究了长期时效对20Cr32Ni1Nb奥氏体耐热钢微观组织演化及蠕变行为的影响。结果表明:长期时效过程中材料在基体内会析出大量的二次碳化物,枝晶界上会发生NbC和M23C6碳化物的不断长大和粗化,并且Nb C向G相转变;与原始状态的蠕变性能相比,长期高温时效改变了材料蠕变曲线的形状,不仅明显地缩短了蠕变第一阶段,还使得材料的蠕变速率随时效时间的延长连续增大。

乙烯裂解炉辐射段炉管Cr20Ni32Nb材料的焊接工艺

乙烯裂解炉炉管采用的高铬镍合金材料在焊接过程中易出现热裂纹的问题,针对该问题,在工程实际中对乙烯裂解炉辐射段炉管材料—Cr20Ni32Nb进行焊接性分析和焊接工艺评定,采用“超合金化”焊接材料,并制定合理的焊接工艺,成功地解决了Cr20Ni32Nb高铬镍材料离心铸造炉管的焊接热裂纹问题。

20Cr2Ni4A钢的高温热变形行为及热加工图

利用热模拟试验机,在变形温度800~1050℃、应变速率0.01~5 s^(-1)条件下对20Cr2Ni4A钢进行单道次热压缩试验,对获得的真应力-真应变曲线进行摩擦修正,根据摩擦修正后的曲线,分析了其高温热变形行为,构建了热变形本构模型,绘制了热加工图。结果表明:通过摩擦修正计算得到的流变应力小于实测应力,二者差距随应变增加而增大;当变形温度为850~1050℃,应变速率为0.01~0.1 s^(-1)时,试验钢在热压缩过程中的动态再结晶较明显;构建的热变形本构模型能够很好地预测试验钢在高温变形时的峰值应力,预测值与实测值的平均相对误差在3.44%;由建立的热加工图结合显微组织,得出试验钢适宜的热变形工艺参数为变形温度875~925℃、应变速率0.01~0.02 s^(-1)和变形温度925~1050℃、应变速率0.01~1 s^(-1)。

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。

G20Cr2Ni4A轴承滚子开裂失效分析

采用金相显微镜、洛式硬度计、扫描电镜、X荧光光谱仪等检测分析手段,对材质为G20Cr2Ni4A的轴承滚子开裂原因进行分析。结果表明:G20Cr2Ni4A钢的化学成分、硬度、渗碳层深度及金相组织等均符合技术标准要求;失效滚子基体中存在的氢脆缺陷,大大增加了材料脆性,此为其快速脆性断裂的主要原因。

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。

Ni含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢富铜相析出的影响

研究了不同Ni含量的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢在1040℃固溶后油冷和炉冷(均进行480℃时效,分别表示为OC、FC试样)两种热处理工艺下的力学性能和微观组织变化规律,通过力学性能测试、SEM和TEM观察,探讨了Ni含量对力学性能和富铜相析出的影响。研究表明:FC试样的强度由于炉冷过程中析出了粗大的富铜相而显著低于OC试样的;随Ni含量的提高,两种试样的强度均增加,但差距在缩小,其原因是炉冷过程中析出的富铜相尺寸逐渐细小,表明Ni可以提高了Cu在γ相区的溶解度,延缓了固溶后炉冷过程中的富铜相析出;随时效温度的提高,不同Ni含量试验钢的强度降低,且Ni含量高的试验钢强度降低更显著;随Ni含量的提高,时效过程中富铜相的形核速率和长大速度增加,表明Ni降低了Cu在钢中的扩散激活能。

时效时间对Cr35Ni45Nb离心铸造奥氏体钢力学性能与微观组织的影响

研究1200℃时效温度下不同时效时间对Cr35Ni45Nb乙烯裂解炉管材料的微观组织、室温和高温(900℃)力学性能的影响。结果表明:在1200℃下,材料力学性能出现先增后减的趋势。当时效135.2 h后,试样抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击韧性达到最大值。时效时间对合金显微组织具有显著的影响。析出并弥散分布的细小的二次碳化物对Cr35Ni45Nb钢综合性能具有强化作用。析出的针状碳化物、碳化物向晶界聚集并粗化、初始的连续网状碳化物结构转变成不连续的链状均导致Cr35Ni45Nb钢力学性能下降和围观组织劣化。

基于修正θ投影法的炉管用Cr25Ni35Nb钢蠕变寿命预测

通过在不同温度和应力下对炉管用Cr25Ni35Nb钢进行蠕变试验,并采用修正θ投影法对Cr25Ni35Nb钢的蠕变曲线进行拟合,得出了蠕变方程中参数θi的数学表达式,建立了钢在任意温度和应力条件下的蠕变曲线方程。在此基础上,对该钢的蠕变寿命进行了预测,并与实际使用寿命进行了对比,结果两者吻合较好。