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不同熱處理下超級馬氏體不銹鋼-熱處理展-工業(yè)爐展-2016第十七屆廣州國際熱處理、工業(yè)爐展覽會-中國效果最好的熱處理工業(yè)爐展--巨浪展覽—The 17th China(Guangzhou)Int’l Heat Treatment, Industrial Furnace Exhibition
2015年11月11日 熱處理展-工業(yè)爐展-heat treatment expo-furnace expo |
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本文對水輪機轉(zhuǎn)輪葉片用超級馬氏體不銹鋼00Cr13Ni4Mo在8種不同熱處理狀態(tài)下的力學(xué)性能與抗磨蝕性能進行研究，目的在于研究不同熱處理對00Cr13Ni4Mo鋼的力學(xué)性能與抗磨蝕性能的影響與其之間的關(guān)系。通過對材料進行掃描電鏡、透射電鏡分析，硬度與沖擊試驗，沖刷磨損試驗，發(fā)現(xiàn)了00Cr13Ni4Mo鋼在600℃左右范圍內(nèi)回火后會產(chǎn)生逆變奧氏體，逆變奧氏體會降低材料的強度與硬度，增加韌性，并且00Cr13Ni4Mo鋼的抗磨蝕性能主要與硬度有關(guān)，其沖擊韌性對抗磨蝕性能亦有影響。掌握了獲得其綜合力學(xué)性能與抗磨蝕性能最優(yōu)的熱處理工藝。經(jīng)過綜合性能考慮表明，該材料經(jīng)1050 ℃正火+550 ℃回火后綜合性能最佳。
成果內(nèi)容提要：
水輪機轉(zhuǎn)輪葉片屬于水輪機的核心部件之一，而水輪機轉(zhuǎn)輪的葉片、上冠、下環(huán)及導(dǎo)葉作為重要的過流部件，在水輪機的運行過程中最主要的承受水的沖擊、泥沙的磨蝕。所以水輪機轉(zhuǎn)輪葉片所采用的材料應(yīng)兼具良好的綜合力學(xué)性能、鑄造性能、可焊性以及耐沖刷磨損性能，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到水輪發(fā)電機組的服役壽命與安全運行。因此，選用性能優(yōu)良水輪機葉片材料是改造水電站的重點。
超級馬氏體不銹鋼是在傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼基礎(chǔ)上將碳含量嚴(yán)格控制在0.03%以下，并且提高鎳含量的一種新型馬氏體不銹鋼。相對于傳統(tǒng)的低碳馬氏體不銹鋼，超級馬氏體不銹鋼不但具有良好的塑韌性與較高的強度和硬度，而且具有較高的斷裂韌性、水下疲勞強度以及抗磨蝕等性能。這些優(yōu)良的性能，對于水輪機轉(zhuǎn)輪葉片的抗磨蝕性能具有較高的提升。馬氏體鋼經(jīng)過正火后，能夠得到板條馬氏體，并經(jīng)一定溫度回火后，進一步得到回火馬氏體能夠明顯影響與改善材料的綜合性能。前人研究超級馬氏體不銹鋼在1050 ℃正火并且在500 ℃~700 ℃間回火，只關(guān)注其微觀組織與力學(xué)性能，并未研究其抗磨蝕。研究對超級馬氏體不銹鋼00Cr13Ni4Mo進行正火后一次回火并且選取部分溫度進行二次回火，對8種不同熱處理下材料的硬度，沖擊韌性與抗磨蝕性能關(guān)系進行了詳細探討與研究。
超級馬氏體不銹鋼在550 ℃~650 ℃回火后，會產(chǎn)生逆變奧氏體，其在透射電鏡下呈黑色長條與塊狀，經(jīng)常分布在馬氏體板條邊界以及奧氏體晶界處，長度為102 nm ~103nm，寬約為100 nm。逆變奧氏體會降低材料的強度和硬度，增加韌性。當(dāng)一次回火溫度達到700 ℃時，逆變奧氏體附近富集的Ni元素擴散程度增加，Ni的偏析降低，冷卻過程中逆變奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樾律R氏體，材料中幾乎不存在逆變奧氏體，所以硬度升高。
00Cr13Ni4Mo鋼在500 ℃～700 ℃范圍一次回火后，隨著溫度上升硬度值呈先降后升。二次回火較同溫度一次回火后硬度普遍下降。在500 ℃～700 ℃范圍一次回火后韌性呈先升后降；二次回火處理對于鋼的韌性影響較小。
00Cr13Ni4Mo鋼的累積失重量曲線呈類拋物線型，隨時間的增加累積失重量增大，累積失重率不斷降低。根據(jù)材料磨蝕規(guī)律可知，對于兩體磨損來說，材料硬度的高低決定了其耐磨性的優(yōu)劣。因此，超級馬氏體不銹鋼的抗磨蝕性與材料硬度之間關(guān)系緊密，通常材料的硬度越高，其累積失重量越低，抗磨蝕性越好。研究發(fā)現(xiàn)00Cr13Ni4Mo鋼在500 ℃回火后硬度最高，韌性較差，550 ℃回火后硬度次高，韌性良好，并且550 ℃回火后材料的抗磨蝕性能最優(yōu)，而500 ℃回火后材料的抗磨蝕性能排第二。所以能夠發(fā)現(xiàn)00Cr13Ni4Mo鋼的抗磨蝕性能主要與硬度有關(guān)，其沖擊韌性對磨蝕性能亦有影響。
00Cr13Ni4Mo鋼在二次回火較同溫度一次回火的硬度略有降低，且抗磨蝕性未見提高。從材料性能和經(jīng)濟性方面綜合考慮，00Cr13Ni4Mo鋼經(jīng)1 050 ℃正火+550 ℃一次回火為最佳的熱處理工藝。
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