Der hitzebeständige Stahl X12CrMoWVNbN10-1-1 wird häufig bei der Herstellung von großen Guss- und Schmiedeteilen wie ultra-überkritischen Dampfturbinenrotoren, Hauptdampfventilkörpern und Gasturbinenscheiben verwendet. Es ist ein typischer (9 Prozent bis 12 Prozent) Cr (Massenanteil) hitzebeständiger Stahl mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten, hoher Wärmeleitfähigkeit, gutem Hochtemperatur-Kriechverhalten und Korrosionsbeständigkeit. Es hat eine hohe Dauerfestigkeit bei etwa 600 Grad und wird häufig bei der Herstellung von Hochtemperatur-Servicekomponenten von ultra-superkritischen Generatoren verwendet, z. B. große Guss- und Schmiedeteile wie Hochdruckrotoren und Dampfventilkörper in Dampfturbineneinheiten [1]. Bei praktischen Anwendungen hat sich jedoch herausgestellt, dass die Dehnung von X12CrMoWVNbN10-1-1-Stahl bei 400 Grad geringer als bei Raumtemperatur und seine Plastizität schlecht ist. Dies ist offensichtlich nicht förderlich für die weitverbreitete Anwendung von X12CrMoWVNbN10-1-1-Stahl in der praktischen Produktion innerhalb eines breiteren Temperaturbereichs, was ein Sicherheitsrisiko für die Produktion darstellt
Gegenwärtig haben sich viele in- und ausländische Forscher auf den Wärmebehandlungsprozess von X12CrMoWVNbN10-1-1-Stahl Yang Gang et al. [2] untersuchten die Wirkung der Abschreck- und Anlasskühlraten auf die mechanischen Eigenschaften des Stahls bei Raumtemperatur. Chilukuru [3] untersuchte die Auswirkung von Ausfällung und Vergröberung von Carbonitriden auf die Kriechfestigkeit während eines Langzeit-Hochtemperaturkriechens bei 650 Grad. G. Kutz et al. [4] untersuchten den Einfluss von Erwärmungsprozessen auf die Ausscheidung von Festigungsphasen im Stahl. Taoet al. [5] Die Auswirkung des Hochtemperaturanlassens über 570 Grad auf das Ausscheidungsverhalten ausgeschiedener Phasen in diesem Stahl wurde untersucht. Die mechanischen Eigenschaften von X12CrMoWVNbN10-1-1-Stahl im Temperaturbereich von etwa 400 Grad wurden jedoch kaum untersucht. In diesem Artikel wurden mechanische Tests an X12CrMoWVNbN10-1-1-Stahl bei 300 bis 600 Grad durchgeführt, und die Mikrostruktur von Zugproben bei verschiedenen Temperaturen wurde beobachtet und analysiert, um die Auswirkungen der Temperatur auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von zu untersuchen X12CrMoWVNbN10-1-1-Stahl.
1.Experimentelle Materialien und Methoden
Der im Experiment verwendete X12CrMoWVNbN10-1-1-Stahl wurde aus dem Dampfventilkörper der ultraüberkritischen Dampfturbine entnommen, und seine chemische Zusammensetzung ist in Tabelle 1 gezeigt. Der Ventilkörper wurde in einem alkalischen Elektroofen geschmolzen, in a raffiniert gegossen, in einem Vakuum-Induktionsofen verfeinert und dann bei etwa 1560 Grad zu einem Guss gegossen. Nach der Wärmebehandlung wurde es hergestellt. Der Wärmebehandlungsprozess ist 1 050 Grad Glühofenkühlung plus 1 100 Grad normalisierender Luftkühlung plus 740 Grad Anlassen.
Aus Versuchsmaterial ∅ 5 mm × 25 mm geschnittene Zugproben wurden einem Zugversuch auf einer SANS-Universalprüfmaschine unter Hochtemperaturbedingungen von 300, 350, 400, 450, 500, 600 Grad unterzogen. Transiente Hochtemperatur-Zugversuche wurden gemäß den in GB/T4338-2006 High Temperature Tensile Testing of Metallic Materials festgelegten Standards mit den Werten von 2 × durchgeführt. Zugversuche bei einer Dehnungsrate von 10-4 s durchführen -1. Während des transienten Hochtemperatur-Zugversuchs die Zugprobe zuerst mit 10 Grad/min auf die Versuchstemperatur erhitzen und 1 Stunde lang auf dieser Temperatur halten, bevor ein uniaxialer Zugversuch durchgeführt wird. Beobachten Sie dann die Bruchmorphologie der Zugprobe und nehmen Sie eine Probe in der Nähe des Bruchs zur mikroskopischen Beobachtung und Analyse
Die Probe wurde nacheinander mit 400 # bis 2000 # Schleifpapier poliert und poliert. Nach dem Polieren wurde es mit einer Mischung aus 5 g FeCl 3 , 25 ml HCl und 25 ml Ethanol geätzt. Die metallographische Struktur wurde unter einem metallographischen Mikroskop OLYMPUS DSX500 beobachtet. Die Rasterstruktur und der Zugbruch wurden unter Verwendung eines Zeiss Ultra Plus-Feldemissionsrasterelektronenmikroskops beobachtet. Eine 0,5 mm dünne Scheibe wurde entlang des Querschnitts etwa 5 mm vom Bruch entfernt geschnitten und auf 50 mm Dicke geschliffen, ausgestanzt ∅ Eine 3 mm kreisförmige Platte wurde unter Verwendung eines elektrolytischen Doppelstrahl-Polierverfahrens verdünnt, um eine TEM-Probe herzustellen. Der Elektrolyt war eine gemischte Lösung (Volumenanteil) aus 95 % CH3COOH und 5 % HClO4, und die Elektrolysetemperatur lag unter - 30 Grad. TEM-Beobachtungen wurden auf einem Transmissionselektronenmikroskop FEI Tecnai G20 durchgeführt.
2. Ergebnisse und Diskussion
Die Hochtemperatur-Zugtestergebnisse von X12CrMoWVNbN10-1-1-Stahl zeigen, dass innerhalb des Testtemperaturbereichs, wenn die Temperatur unter 400 Grad liegt, die Festigkeit des Materials langsam abnimmt, und selbst wenn die Zugfestigkeit bei 350 liegt Grad gibt es einen leichten Anstieg. Wenn die Temperatur ansteigt, nimmt die Rate der Festigkeitsabnahme allmählich zu. Anders als bei der Änderung der Festigkeitswerte nimmt die Dehnung des Materials im Bereich von 300 bis 600 Grad zunächst ab und steigt dann schnell an, wobei die Dehnung bei 400 Grad 14,2 Prozent, das Minimum, erreicht.
Die Morphologie der Zugbruchfläche von X12CrMoWVNbN10-1-1-Stahl bei einigen Temperaturen. Innerhalb des Testtemperaturbereichs ist die Bruchart des Materials ein duktiler Bruch mit einer großen Anzahl von Grübchen, die auf der Bruchfläche verteilt sind. Die Bruchfläche der Proben bei 300 Grad und 400 Grad hat kleine und dichte Grübchen, aber einige große Grübchen erscheinen in den Proben bei 300 Grad, was eine gute Zähigkeit anzeigt. Nachdem die Temperatur auf 500 Grad angestiegen ist, nimmt die Grübchengröße signifikant zu. Dies zeigt an, dass die Zähigkeit allmählich zunimmt, und es besteht eine gute entsprechende Beziehung zwischen dem Zugbruch und der Änderung der Materialplastizität.
