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。

Ti,Y离子注入65Nb钢的表面优化

利用MEVVA强流金属离子注入机，对65Nb钢进行离子注入采用了Auger电子能潜（AES），X射线衍射（XRD）等表面分析技术，研究了Ti及Ti+Y离子注入后的65Nb钢表面的微结构变化，力学性能实验结果表明，Ti及Ti＋Y离子注入能使材料表面硬度和耐磨性最著提高，且双元离子注入比单元注入效果好。

FTSR热轧含Nb钢动态再结晶数学模型中参数的确定

利用Gleeble-2000热/力模拟实验机模拟了柔性化薄板坯连铸连轧(FTSR)生产线轧制低碳含Nb钢的动态软化行为.根据不同Nb含量试样在不同变形温度下的应力-应变曲线,得出Nb含量对动态再结晶数学模型中各参数的影响规律.结果表明:随Nb含量的增加,动态再结晶激活能逐渐增加,且高于传统流程的动态再结晶激活能:随Nb含量的增加,模型参数中A值线性增加,Avrami指数m线性减小,n值线性增加,B值逐渐增加,动态再结晶变得困难.所计算的动态再结晶率以及峰值应力与实测的结果吻合良好.

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。

控制冷却对含Nb钢组织性能的影响研究

为了进一步提高含Nb钢的强度,降低含Nb钢的开发成本,通过实验室热轧试验研究超快冷、超快冷+层流冷却和层流冷却3种冷却模式对含Nb钢的组织演变和力学性能影响。结果表明,与层流冷却相比,试验钢采用超快冷后组织中出现针状铁素体和贝氏体,晶粒尺寸细化,位错显著增加,析出物粒子更为细小,试验钢力学性能显著提高。超快冷的主要强化机制为相变强化、细晶强化、位错强化和析出强化。超快冷+层流冷却模式下,随着终冷温度的降低,软相组织减少、硬相组织增多,试验钢的强度升高。随着出超快冷温度的降低,多边形铁素体体积分数逐渐减少且晶粒更为细小,针状铁素体体积分数增多,试验钢强度得到提高,断后伸长率略有降低。以上结果为超快冷工艺条件下开发低成本含Nb钢奠定了理论基础。

热处理工艺对403Nb钢组织与蠕变性能的影响

为扩大403Nb耐热钢的使用范围,比较研究了热连轧及热处理态403Nb钢的组织及蠕变性能。结果表明:403Nb钢在高温轧制时发生了动态回复及动态再结晶,组成相包括:α-Fe、Cr23C6及少量的NbC。其中,碳化物颗粒粗大,分布不均。经1050℃淬火后,获得了板条马氏体及残留的NbC。随着淬火温度的提高,晶粒有所长大,当温度达到1150℃时,出现较多沿晶界分布的δ铁素体。采用优化的热处理工艺,即1100℃淬火、650℃回火时,在原马氏体板条内及板条间弥散析出大量纳米级以Cr23C6为主的碳化物,此时,钢的使用温度及蠕变寿命可大幅度提高。文中阐述了钢组织的形成机制。

超快冷条件下含Nb钢铁素体相变区析出及模型研究

采用Gleeble-3800热/力模拟试验机研究了超快冷条件下含Nb钢在铁素体相变区的析出行为。考虑Nb(C,N)在铁素体中的固溶度积和Nb元素在铁素体中的扩散系数,给出了超快冷条件下Nb在铁素体相变区的析出模型。结果表明:轧后超快冷至650℃(铁素体相变区)可抑制Nb在奥氏体中析出,实现Nb在铁素体相变区中的析出;与在奥氏体中析出行为相比,Nb在铁素体中析出物数量明显增加,尺寸显著细化,析出物粒子密度由79个/μm2增加到373个/μm2,析出物尺寸由12.9nm细化到8.1nm,有利于发挥Nb的析出强化效果;该含Nb实验钢在铁素体中析出时最大形核率温度为620℃,最快沉淀析出温度为700℃,且计算与实测的析出相体积分数吻合良好,说明该模型可以用来模拟超快冷条件下Nb在铁素体相变区的析出行为。

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。

含Nb钢应变诱导析出过程的动力学模拟

以热力学和动力学为基础,对Fe Nb C N系统在奥氏体中的析出行为进行模拟,预测了奥氏体在等温和冷却过程中的析出动力学,分析了变形工艺和冷却制度对碳氮化物析出体积分数、析出开始和结束时间等动力学参数的影响·结果表明,在900℃左右的鼻子区,析出动力学过程明显加速;变形大大促进了碳氮化物的析出,缩短了析出的开始时间;随着冷却速率的增大,连续冷却析出的开始温度和结束温度均有所降低,并且析出变得越来越不充分·用该方法进行的计算机模拟结果和实验结果吻合良好·

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。

403Nb钢的组织特征与蠕变行为

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究了403Nb钢的蠕变性能特点、变形特征、组织及其变化规律。结果表明:403Nb钢具有明显的温度敏感性,在试验条件下,403Nb钢蠕变激活能为463 kJ/mol,组织为回火板条马氏体,相邻马氏体板条组间取向几乎垂直。在马氏体中存在高密度的位错和尺寸约0.2μm的残留NbC,在马氏体板条界,特别是晶界处沉淀大量更为细小的纳米Cr23C6。蠕变期间,NbC十分稳定,但晶界处(Cr,Fe)23C6部分向(Cr,Fe)7C3转变。403Nb钢的蠕变变形机制是晶界滑移、位错滑移及由位错增值束集引起的动态再结晶,对上述过程碳化物起到阻碍作用,提高了钢的蠕变抗力。

热变形403Nb钢的再结晶动力学

采用Gleeble3500热模拟试验机对403Nb马氏体叶片钢在单道次和双道次热压缩条件下的再结晶动力学行为进行了研究。经过计算得出了403Nb钢热压缩变形时的流变应力方程、静态再结晶动力学方程、静态再结晶晶粒尺寸模型以及亚动态再结晶动力学方程。403Nb钢在1100℃-1150℃,应变速率在0.01-1s^-1的条件下,发生较明显的动态再结晶。在变形组织中有细小孪晶生成,孪晶尺寸为30-100 nm。

多因素耦合下Cr35Ni45Nb钢乙烯裂解炉管损伤数值模拟

基于连续损伤力学理论,利用FORTRAN语言开发了多因素耦合下材料损伤发展的ABAQUS用户子程序,模拟了1050℃温度下,蠕变-渗碳耦合作用的Cr35Ni45Nb钢损伤发展过程。结果表明:承受单一蠕变损伤的炉管外壁最先失效,而承受蠕变-渗碳耦合作用下的炉管内壁最先开裂。单一蠕变因素下Cr35Ni45Nb钢的内壁Von-mises应力和最大主应力随着服役时间的延长出现先降低后增长的趋势。外壁的Von-mises值和最大主应力随着服役时间的延长而增大,从而导致炉管外壁的损伤发展速率高于内壁。蠕变-渗碳耦合作用下Cr35Ni45Nb钢的内壁Von-mises应力和最大主应力随着服役时间的延长而降低,而外壁则相反。

长期高温服役后HP40Nb钢炉管的组织及剩余寿命

利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、拉伸及冲击试验机等对服役15a的制氢转化炉中HP40Nb钢炉管的显微组织和力学性能进行了研究,依据高温持久试验结果估算了炉管剩余寿命。结果表明:长期高温服役后,炉管钢组织中晶界粗化并有G相析出,晶内二次碳化物析出明显,近内壁、近外壁和基体中均出现蠕变孔洞,近内壁和近外壁发生氧化和贫铬,外壁形成脱碳层;与原始铸态炉管相比,长期高温服役后炉管的室温抗拉强度降幅超30%,高温抗拉强度降幅约18%,室温冲击功下降明显,剩余寿命不足1a。

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.

基于FTSR热轧含Nb钢的铁素体相变实际转变温度模型

采用Gleeble—2000热/力模拟试验机研究了FTSR薄板坯连铸连轧工艺轧制含Nb钢的铁素体相变行为。考虑热力学平衡温度、相变前奥氏体晶粒尺寸、冷却速度以及固溶Nb含量的影响,建立了热变形条件下奥氏体向铁素体相变实际转变温度(Ar_3)模型,并与实测结果比较,两者吻合较好。

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.

超快冷对含Nb钢相变行为的影响

为揭示超快冷对含Nb钢相变行为的影响机制,利用MMS-300热/力模拟试验机研究超快冷+层流冷却条件下含Nb钢的相变行为。研究结果表明:实验钢于680℃处于铁素体相变区;当冷却速度大于20℃/s时,实验钢于600℃处于针状铁素体和贝氏体相变区。实验钢变形后冷却至铁素体相区后,随着保温时间的延长,铁素体含量逐渐增加;当保温时间超过76.5 s时,超快冷工艺下的铁素体含量高于层流冷却工艺下的铁素体含量。当前段冷却速度达到30℃/s时,组织中出现硬相组织,继续增大冷却速度,对最终相变组织影响不大。