回火处理对ZG04Cr13Ni4马氏体不锈钢铸件组织及性能的影响

以800~1000 MW级水轮机转轮常用材料ZG04Cr13Ni4马氏体不锈钢为研究对象,分析了不同回火温度和回火次数对材料显微组织及力学性能的影响。结果表明:ZG04Cr13Ni4马氏体不锈钢经过正火及一次回火或二次回火处理后,其金相组织均为板条状马氏体,并具有明显的原奥氏体晶界;当二次回火温度进一步升高时,板条状马氏体粗化,但仍保持马氏体板条位向及形貌;经正火及二次回火后材料综合力学性能显著提高;最佳热处理工艺为选择正火及二次回火工艺,且回火温度控制在600~640℃可以满足产品行业标准中力学性能要求。

ZG04Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢力学性能研究

通过热模拟试验研究一次正火、两次回火热处理条件下,正火温度、正火冷却速度、一次回火温度、二次回火温度及回火时间对ZG04Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢性能的影响。试验结果表明,ZG04Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢在1040℃正火时强度和塑性较好,正火冷却速度快和一次回火温度高有利于屈服强度的提高,但一次回火温度升高降低了抗拉强度,二次回火温度升高和回火时间增加均不利于强度的提高。

Mo元素对ZG04Cr13Ni4Mo不锈钢力学性能的影响

对12%Cr和13%Cr系列ZG04Cr13Ni4Mo不锈钢进行893 K一次回火和893 K+863 K二次回火处理,使用热膨胀仪、X射线衍射仪和室温单轴拉伸等手段研究了Mo含量对这两个系列不锈钢的相组成和力学性能的影响。结果表明,随着Mo和Cr含量的提高钢的奥氏体化开始点(A_(s))温度逐渐降低。不同Mo含量的钢经过893 K两相区温区一次回火处理,在加热和保温过程中马氏体向逆变奥氏体的转变量,与回火冷却至室温得到的逆变奥氏体含量不同。这种不同,导致12%Cr系列ZG04Cr13Ni4Mo钢随着Mo含量从~0.3%提高到~0.6%其屈服强度略有降低而抗拉强度略有提高,而Cr含量提高到13%Cr随着Mo含量的提高ZG04Cr13Ni4Mo钢经893 K回火后其屈服强度和抗拉强度都小幅度提高。

ZG04Cr13Ni4Mo钢组织与性能控制及前瞻性失效预防

三峡700MW级大型混流式水轮机转轮由上冠、下环和13-15片叶片组焊而成,重达400余吨,是目前世界上最大的水轮机转轮。上冠、下环和叶片材质均为ZG04Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢。ZG0Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢具有高强度、高韧性以及良好的焊接性能,其性能与微观组织、化学成分和热处理工艺密切相关。从韩国、日本、欧洲进口的三峡转轮铸件中焊接时有时出现裂纹,分析结果表明该钢中含有大量的δ-铁素体,降低了材料的塑性和韧性。同时,δ-铁素体也会在在腐蚀性的环境中易引起材料的破坏。为了实现水轮机转轮大型铸件的国产化,系统地开展了转轮用ZG04Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢的化学成分、显微组织、力学性能、铸造工艺与热处理工艺等关键工艺技术的研究,提出了通过优化化学成分和热处理工艺定量控制ZG04Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢中高温δ铁素体和逆变奥氏体两种相,提高了材料的综合性能。在对铸件材料研究的基础上,结合计算机模拟,实现了三峡大型水轮机转轮叶片的近终形制造。水轮机转轮在水电站机组运行中会出现的新问题,如空蚀、腐蚀、磨损、疲劳断裂等。本文讨论了长运行周期大型铸件的前瞻性失效预测所面临的科学问题和挑战。