Жаропрочная сталь X12CrMoWVNbN10-1-1 широко используется в производстве крупногабаритных отливок и поковок, таких как роторы сверхсверхкритических паровых турбин, корпуса главных паровых клапанов и диски газовых турбин. Это типичная (от 9 до 12 процентов) жаропрочная сталь Cr (массовая доля) с низким коэффициентом теплового расширения, высокой теплопроводностью, хорошими характеристиками ползучести при высоких температурах и коррозионной стойкостью. Он обладает высокой износостойкостью при температуре около 600 градусов и широко используется в производстве высокотемпературных рабочих компонентов ультрасверхкритических генераторов, например, крупных отливок и поковок, таких как роторы высокого давления и корпуса паровых клапанов в паровых турбинах. [1]. Однако при практическом применении было установлено, что удлинение стали X12CrMoWVNbN10-1-1 при 400° ниже комнатной температуры, а ее пластичность плохая. Это явно не способствует широкому применению стали X12CrMoWVNbN10-1-1 в практическом производстве в более широком диапазоне температур, что создает угрозу безопасности производства.
В настоящее время многие отечественные и зарубежные исследователи сосредоточили внимание на процессе термической обработки стали X12CrMoWVNbN10-1-1 Yang Gang et al. В работе [2] изучалось влияние скоростей закалки и отпуска на механические свойства стали при комнатной температуре. Чилукуру [3] изучал влияние выделения и укрупнения карбонитридов на сопротивление ползучести при длительной высокотемпературной ползучести при 650°С. Г. Куц и соавт. В работе [4] изучалось влияние процессов нагрева на выделение упрочняющих фаз в стали. Тао и др. [5] Исследовано влияние высокотемпературного отпуска выше 570 градусов на характер выделения выделенных фаз в этой стали. Тем не менее, было проведено мало исследований механических свойств стали X12CrMoWVNbN10-1-1 в диапазоне температур около 400 градусов. В этой статье были проведены механические испытания стали X12CrMoWVNbN10-1-1 при температуре 300~600 градусов, а также наблюдалась и анализировалась микроструктура образцов при растяжении при различных температурах для изучения влияния температуры на механические свойства и микроструктуру стали. Сталь X12CrMoWVNbN10-1-1.
1. Экспериментальные материалы и методы.
Используемая в эксперименте сталь X12CrMoWVNbN10-1-1 была взята из корпуса парового клапана сверхкритической паровой турбины, ее химический состав приведен в табл. 1. Корпус клапана выплавлен в щелочной электропечи, рафинирован в ковша, и очищается в вакуумной индукционной печи, а затем отливается в отливку при температуре около 1560 градусов. После термической обработки он был изготовлен. Процесс термической обработки представляет собой охлаждение в печи отжига на 1 050 градусов плюс охлаждение нормализующим воздухом на 1 100 градусов плюс отпуск на 740 градусов.
Вырезанные из экспериментального материала образцы размером φ 5 мм × 25 мм подвергали испытаниям на растяжение на универсальной испытательной машине SANS в условиях высоких температур 300, 350, 400, 450, 500, 600 град. Испытания на высокотемпературное нестационарное растяжение проводились в соответствии со стандартами, указанными в GB/T4338-2006 Испытания металлических материалов на высокотемпературное растяжение, со значениями 2 × Проведение испытаний на растяжение при скорости деформации 10-4 с -1. При испытании на высокотемпературное нестационарное растяжение образец сначала нагревают до температуры испытания со скоростью 10 град/мин и выдерживают при этой температуре в течение 1 часа перед проведением испытания на одноосное растяжение. Затем наблюдайте за морфологией излома образца при растяжении и берите образец рядом с изломом для микроскопического наблюдения и анализа.
Образец последовательно полировали наждачной бумагой от 400 # до 2000 # и полировали. После полировки травили смесью 5 г FeCl3, 25 мл HCl и 25 мл этанола. Металлографическую структуру наблюдали под металлографическим микроскопом OLYMPUS DSX500. Сканирующую структуру и разрыв при растяжении наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа Zeiss Ultra Plus с полевой эмиссией. Тонкий срез толщиной 0,5 мм был вырезан вдоль поперечного сечения около 5 мм от излома и отшлифован до толщины 50 мм мкм, выбит φ. Круглая пластина толщиной 3 мм была утончена с использованием метода двухструйной электролитической полировки для приготовления образца для ПЭМ. Электролит представлял собой смешанный раствор (объемная доля) 95-процентного CH3COOH и 5-процентного HClO4, а температура электролиза была ниже - 30 градуса. Наблюдения с помощью ПЭМ проводились на просвечивающем электронном микроскопе FEI Tecnai G20.
2. Результаты и обсуждение
Результаты испытаний на высокотемпературное растяжение стали X12CrMoWVNbN10-1-1 показывают, что в диапазоне температур испытаний, когда температура ниже 400 градусов, прочность материала снижается медленно, и даже когда предел прочности составляет 350 степень, есть небольшое увеличение. С повышением температуры скорость снижения прочности постепенно увеличивается. В отличие от изменения значений прочности, в диапазоне от 300 до 600 градусов относительное удлинение материала сначала уменьшается, а затем быстро увеличивается, при этом удлинение при 400 градусах составляет 14,2%, минимум достигнут.
Морфология поверхности разрушения при растяжении стали X12CrMoWVNbN10-1-1 при некоторых температурах. В диапазоне температур испытаний тип разрушения материала – вязкий, с большим количеством ямок, распределенных по поверхности разрушения. Поверхность излома образцов при 300° и 400° имеет небольшие и плотные ямки, но в образцах при 300° появляются большие ямки, что указывает на хорошую ударную вязкость. После повышения температуры до 500 градусов размер ямки значительно увеличивается. Это указывает на то, что ударная вязкость постепенно увеличивается, и существует хорошая соответствующая зависимость между разрушением при растяжении и изменением пластичности материала.
