Топлоустойчивата стомана X12CrMoWVNbN10-1-1 се използва широко в производството на големи отливки и изковки, като ултра-суперкритични ротори на парни турбини, тела на главни парни клапани и дискове на газови турбини. Това е типична (9 процента до 12 процента) Cr (масова част) топлоустойчива стомана, с нисък коефициент на термично разширение, висока топлопроводимост, добра производителност на пълзене при висока температура и устойчивост на корозия. Има висока якост на издръжливост при около 600 градуса и се използва широко в производството на високотемпературни сервизни компоненти на ултра-суперкритични генератори, например големи отливки и изковки като ротори за високо налягане и тела на парни клапани в парни турбини [1]. При практически приложения обаче е установено, че удължението на стомана X12CrMoWVNbN10-1-1 при 400 градуса е по-ниско от стайната температура и нейната пластичност е лоша. Това очевидно не е благоприятно за широкото приложение на стомана X12CrMoWVNbN10-1-1 в практическото производство в по-широк температурен диапазон, което създава опасност за безопасността на производството
Понастоящем много местни и чуждестранни изследователи са се фокусирали върху процеса на топлинна обработка на X12CrMoWVNbN10-1-1 стомана Yang Gang et al. [2] изследва ефекта от скоростите на закаляване и темпериране на охлаждане върху механичните свойства на стоманата при стайна температура. Chilukuru [3] изследва ефекта от утаяването и огрубяването на карбонитридите върху якостта на пълзене по време на дългосрочно пълзене при висока температура при 650 градуса. G Kutz и др. [4] изследва ефекта от процесите на нагряване върху утаяването на укрепващи фази в стоманата. Тао и др. [5] Изследван е ефектът от високотемпературно отвръщане над 570 градуса върху поведението на утаяване на утаените фази в тази стомана. Има обаче малко изследвания върху механичните свойства на стоманата X12CrMoWVNbN10-1-1 в температурния диапазон от около 400 градуса. В тази статия са проведени механични тестове върху стомана X12CrMoWVNbN10-1-1 при 300~600 градуса и е наблюдавана и анализирана микроструктурата на пробите за опън при различни температури, за да се изследва ефектът на температурата върху механичните свойства и микроструктурата на X12CrMoWVNbN10-1-1 стомана.
1. Експериментални материали и методи
Стоманата X12CrMoWVNbN10-1-1, използвана в експеримента, е взета от тялото на парния клапан на свръхкритичната парна турбина и нейният химичен състав е показан в таблица 1. Тялото на клапана е разтопено в алкална електрическа пещ, рафинирано в черпак и рафиниран във вакуумна индукционна пещ и след това излят в отливка при около 1560 градуса. След термична обработка се получава. Процесът на термична обработка е 1 050 градуса охлаждане в пещ за отгряване плюс 1 100 градуса нормализиращо въздушно охлаждане плюс 740 градуса темпериране.
Изрязани от експериментален материал образци за опън φ 5 mm × 25 mm бяха подложени на изпитване на опън на универсална машина за изпитване SANS при условия на висока температура от 300, 350, 400, 450, 500, 600 градуса. Изпитването на преходен опън при висока температура беше проведено в съответствие със стандартите, посочени в GB/T4338-2006 Изпитване на опън при висока температура на метални материали, със стойности 2 × Провеждане на изпитване на опън при скорост на деформация 10-4s -1. По време на високотемпературно преходно изпитване на опън, първо загрейте пробата за опън до температурата на изпитване при 10 градуса /мин и го задръжте при тази температура за 1 час, преди да проведете едноосно изпитване на опън. След това наблюдавайте морфологията на счупването на пробата за опън и вземете проба близо до счупването за микроскопско наблюдение и анализ
Пробата беше последователно полирана с 400 # до 2000 # абразивна хартия и полирана. След полиране се ецва със смес от 5 g FeCl3, 25 mL HCl и 25 mL етанол. Металографската структура се наблюдава под металографски микроскоп OLYMPUS DSX500. Сканиращата структура и счупването на опън бяха наблюдавани с помощта на сканиращ електронен микроскоп с полева емисия Zeiss Ultra Plus. Тънък срез от 0,5 mm се изрязва по протежение на напречното сечение на около 5 mm от фрактурата и се смила до 50 mm μM дебелина, избива се φ 3 mm кръгла плоча се изтънява с помощта на метод за двойно струйно електролитно полиране, за да се подготви проба за ТЕМ. Електролитът беше смесен разтвор (обемна фракция) от 95 процента CH3COOH и 5 процента HClO4, а температурата на електролизата беше под - 30 градуса. TEM наблюденията бяха извършени на трансмисионен електронен микроскоп FEI Tecnai G20.
2. Резултати и дискусия
Резултатите от изпитването на опън при висока температура на стомана X12CrMoWVNbN10-1-1 могат да се видят, че в рамките на температурния диапазон на изпитване, когато температурата е под 400 градуса, якостта на материала намалява бавно и дори когато якостта на опън е 350 степен , има леко повишение. С повишаване на температурата скоростта на намаляване на якостта постепенно се увеличава. За разлика от промяната в стойностите на якост, в диапазона от 300 до 600 градуса, удължението на материала първо намалява и след това се увеличава бързо, като удължението при 400 градуса е 14,2 процента, достигнатият минимум.
Морфологията на повърхността на счупване на опън на стомана X12CrMoWVNbN10-1-1 при някои температури. В рамките на температурния диапазон на изпитване, режимът на счупване на материала е пластично счупване, с голям брой вдлъбнатини, разпределени по повърхността на счупване. Повърхността на счупване на пробите при 300 градуса и 400 градуса има малки и плътни вдлъбнатини, но някои големи вдлъбнатини се появяват в пробите при 300 градуса, което показва добра издръжливост. След като температурата се повиши до 500 градуса, размерът на вдлъбнатината се увеличава значително. Това показва, че якостта постепенно се увеличава и има добра съответна връзка между счупването на опън и промяната в пластичността на материала.
