X12CrMoWVNbN10-1-1 lämmönkestävää terästä käytetään laajalti suurten valukappaleiden ja takokappaleiden, kuten ultra-superkriittisten höyryturbiinien roottoreiden, päähöyryventtiilien runkojen ja kaasuturbiinilevyjen valmistuksessa. Se on tyypillinen (9–12 prosenttia) Cr (massaosa) lämmönkestävä teräs, jolla on alhainen lämpölaajenemiskerroin, korkea lämmönjohtavuus, hyvä virumiskyky korkeissa lämpötiloissa ja korroosionkestävyys. Sillä on korkea kestävyys noin 600 asteessa, ja sitä käytetään laajalti erittäin ylikriittisten generaattoreiden korkean lämpötilan huoltokomponenttien valmistuksessa, esimerkiksi suurissa valukappaleissa ja takeissa, kuten korkeapaineroottoreissa ja höyryventtiilien rungoissa höyryturbiiniyksiköissä. [1]. Käytännön sovelluksissa on kuitenkin havaittu, että teräksen X12CrMoWVNbN10-1-1 venymä 400 asteessa on alhaisempi kuin huoneenlämpötila ja sen plastisuus on huono. Tämä ei tietenkään edistä X12CrMoWVNbN10-1-1-teräksen laajaa käyttöä käytännön tuotannossa laajemmalla lämpötila-alueella, mikä vaarantaa tuotannon turvallisuuden.
Tällä hetkellä monet kotimaiset ja ulkomaiset tutkijat ovat keskittyneet X12CrMoWVNbN10-1-1 teräksen lämpökäsittelyprosessiin Yang Gang et al. [2] tutki karkaisun ja karkaisun jäähdytysnopeuksien vaikutusta teräksen mekaanisiin ominaisuuksiin huoneenlämpötilassa. Chilukuru [3] tutki saostumisen ja karbonitridien karkenemisen vaikutusta virumislujuuteen pitkäaikaisen korkean lämpötilan virumisen aikana 650 asteessa. G Kutz et ai. [4] tutki kuumennusprosessien vaikutusta teräksen vahvistusfaasien saostumiseen. Tao et ai. [5] Yli 570 asteen lämpötilakarkaisun vaikutusta saostuneiden faasien saostumiskäyttäytymiseen tässä teräksessä on tutkittu. X12CrMoWVNbN10-1-1-teräksen mekaanisia ominaisuuksia on kuitenkin tutkittu vain vähän lämpötila-alueella noin 400 astetta. Tässä artikkelissa X12CrMoWVNbN10-1-1-teräkselle on suoritettu mekaanisia testejä 300-600 asteen lämpötilassa, ja vetonäytteiden mikrorakennetta on tarkkailtu ja analysoitu eri lämpötiloissa lämpötilan vaikutuksen tutkimiseksi teräksen mekaanisiin ominaisuuksiin ja mikrorakenteeseen. X12CrMoWVNbN10-1-1 terästä.
1.Kokeelliset materiaalit ja menetelmät
Kokeessa käytetty teräs X12CrMoWVNbN10-1-1 otettiin ultrasuperkriittisen höyryturbiinin höyryventtiilin rungosta, ja sen kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 1. Venttiilin runko sulatettiin alkalisessa sähköuunissa ja puhdistettiin kauhalla, jalostetaan tyhjiöinduktiouunissa, ja sitten valetaan valuun noin 1560 asteessa. Lämpökäsittelyn jälkeen se valmistettiin. Lämpökäsittelyprosessi on 1 050 asteen hehkutusuunin jäähdytys plus 1 100 asteen normalisoiva ilmajäähdytys plus 740 asteen karkaisu.
Kokeellisesta materiaalista leikatuille φ 5 mm × 25 mm vetonäyteille suoritettiin vetokoe SANS-yleistestauskoneella korkeissa lämpötiloissa 300, 350, 400, 450, 500, 600 astetta. Korkean lämpötilan ohimenevä vetolujuustesti suoritettiin standardien mukaisesti, jotka on määritelty GB/T4338-2006 Metallimateriaalien korkean lämpötilan vetotestauksessa arvoilla 2 × Suorita vetokoe jännitysnopeudella 10-4 s. -1. Korkean lämpötilan ohimenevän vetolujuustestin aikana lämmitä vetonäyte ensin testilämpötilaan 10 astetta/min ja pidä sitä tässä lämpötilassa 1 tunti ennen yksiakselisen vetokokeen suorittamista. Tarkkaile sitten vetonäytteen murtumamorfologiaa ja ota näyte läheltä murtumaa mikroskooppista tarkkailua ja analysointia varten
Näyte kiillotettiin peräkkäin 400 # - 2000 # hiomapaperilla ja kiillotettiin. Kiillotuksen jälkeen se syövytettiin seoksella, jossa oli 5 g FeCl3:a, 25 ml HCl:a ja 25 ml etanolia. Metallografista rakennetta tarkkailtiin OLYMPUS DSX500 metallografisella mikroskoopilla. Pyyhkäisyrakenne ja vetomurtuma havaittiin käyttämällä Zeiss Ultra Plus -kenttäemission pyyhkäisyelektronimikroskooppia. 0,5 mm:n ohut viipale leikattiin poikkileikkaukseltaan noin 5 mm:n etäisyydeltä murtumasta ja jauhettiin 50 mm µM:n paksuiseksi, lävistettiin φ 3 mm:n pyöreä levy ohennettiin käyttämällä kaksoissuihkuelektrolyyttistä kiillotusmenetelmää TEM-näytteen valmistamiseksi. Elektrolyytti oli sekoitettu liuos (tilavuusosuus), jossa oli 95 prosenttia CH3COOH:a ja 5 prosenttia HClO4:a, ja elektrolyysilämpötila oli alle - 30 astetta. TEM-havainnot suoritettiin FEI Tecnai G20 -transmissioelektronimikroskoopilla.
2. Tulokset ja keskustelu
Teräksen X12CrMoWVNbN10-1-1 korkean lämpötilan vetolujuustestitulokset osoittavat, että testilämpötila-alueella, kun lämpötila on alle 400 astetta, materiaalin lujuus laskee hitaasti ja jopa silloin, kun vetolujuus on 350 astetta, on hieman nousua. Lämpötilan noustessa lujuuden vähenemisen nopeus kasvaa vähitellen. Toisin kuin lujuusarvojen muutos välillä 300 - 600 astetta, materiaalin venymä pienenee ensin ja kasvaa sitten nopeasti, venymän ollessa 400 asteessa 14,2 prosenttia, minimi saavutettu.
Teräksen X12CrMoWVNbN10-1-1 vetomurtumapinnan morfologia joissakin lämpötiloissa. Testilämpötila-alueella materiaalin murtumismuoto on sitkeä murtuma, jolloin murtumispinnalle on jakautunut suuri määrä kuoppia. Näytteiden murtumispinnassa 300 asteessa ja 400 asteessa on pieniä ja tiheitä kuoppia, mutta joitain suuria kuoppia esiintyy näytteissä 300 asteessa, mikä osoittaa hyvää sitkeyttä. Kun lämpötila nousee 500 asteeseen, kuopan koko kasvaa merkittävästi, se osoittaa, että sitkeys kasvaa vähitellen ja vetomurtuman ja materiaalin plastisuuden muutoksen välillä on hyvä vastaava suhde.
