2Cr12NiMo1W1V叶片钢的高温力学行为和组织
2018-09-26

2Cr12NiMo1W1V叶片钢主要用于制造发电机组汽轮机高中压叶片和螺栓，叶片直接担负着将蒸汽的动能和热能转换成机械能的作用，是汽轮机最重要的零件之一。超临界、超超临界汽轮机的工作条件很严苛，尤其高温段叶片要承受高温、高应力、高转速等苛刻的条件，因此对叶片钢提出了较高的高温性能要求。目前，对叶片钢这样的马氏体不锈钢的高温力学性能的研究只局限于不同热处理或显微组织状态下的力学性能指标的变化，对其高温力学变形行为的研究很少。因此，本次对2Cr12NiMo1W1V叶片钢在不同温度、不同应变速率下的拉伸力学性能的变化规律进行分析研究，并采用金相及TEM分析手段对其力学行为进行分析。

试验选用某型材厂生产的锻轧退火态2Cr12NiMo1W1V钢，其化学成分如表1。从表1可见，2Cr12NiMo1W1V钢化学成分基本上控制在要求范围内。对试样毛坯进行调质处理，其热处理制度为1035℃×1h油淬，690℃×2h空冷，然后制成拉伸试样。
在试验温度为室温（22℃）、300、600和900℃下，对拉伸试样进行应变速率分别为10-1、10-2、10-3和10-4s-1的拉伸试验，试样拉断后，立即取出放入流动的水流中冷却至室温。从断裂后试样未产生缩颈区域取金相与透射电镜试样。金相试样用热压镶嵌法制备，用5mLHCl+10gFeCl3混合侵蚀剂浸蚀，然后在金相显微镜下观察组织。透射试样手工抛光至80～100μm后，用Tenupol-5电解双喷仪及PIPS691离子减薄仪完成试样的制取及最终减薄清洗，用JEM-2100透射电子显微镜进行显微观察。
表1  试验用2Cr12NiMo1W1V叶片钢化学成分（质量分数，%）
元素
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
W
V
实测
0.24
0.42
0.58
0.017
0.003
11.32
0.76
0.94
1.02
0.22
技术要求
0.20～0.25
≤0.50
0.50～0.90
≤
0.025
≤0.025
11.00～12.50
0.50～0.90
0.90～1.25
0.90～1.25
0.20～0.30
 
试验结果表明：
（1）随温度升高，2Cr12NiMo1W1V叶片钢强度降低，塑性升高，应变速率对应力的影响呈增大趋势，但试样对应变速率的敏感性较小。在300℃时，塑性最差，进入高温阶段后，随温度升高塑性大幅升高，900℃时，当应变速率为10-1s-1，断面收缩率Z达到94.1%，2Cr12NiMo1W1V叶片钢的高温拉伸性能优良。
    （2）随拉伸温度的升高，位错密度明显减小，位错线变为直长条状。300℃时含有V量较高的弥散分布的新析出相出现，从而使叶片钢塑性变差。900℃时，大部分马氏体回复分解为铁素体+碳化物，少部分区域发生再结晶，电子衍射图显示碳化物为M23C6，且其晶带轴与基体晶带轴方向平行。