השפעת הטמפרטורה על המיקרו-מבנה והמאפיינים המכניים של פלדה X12CrMoWVNbN10-1-1

פלדה עמידה בחום X12CrMoWVNbN10-1-1 נמצאת בשימוש נרחב בייצור יציקות ופרזים גדולים כגון רוטורים של טורבינת קיטור סופר-קריטית, גופי שסתומי קיטור ראשיים ודיסקים לטורבינת גז. זוהי פלדה טיפוסית (9 אחוזים עד 12 אחוזים) Cr (שבר המוני) עמידה בחום, עם מקדם התפשטות תרמית נמוך, מוליכות תרמית גבוהה, ביצועי זחילה טובים בטמפרטורה גבוהה ועמידות בפני קורוזיה. יש לו חוזק סיבולת גבוה בכ-600 מעלות, והוא נמצא בשימוש נרחב בייצור רכיבי שירות בטמפרטורה גבוהה של גנרטורים סופר-סופר-קריטיים, לדוגמה, יציקות ופרזים גדולים כגון רוטורים בלחץ גבוה וגופי שסתומי קיטור ביחידות טורבינת קיטור. [1]. עם זאת, ביישומים מעשיים, נמצא כי ההתארכות של פלדה X12CrMoWVNbN10-1-1 ב-400 מעלות נמוכה מטמפרטורת החדר, והפלסטיות שלה ירודה. זה כמובן לא תורם ליישום הנרחב של פלדת X12CrMoWVNbN10-1-1 בייצור מעשי בטווח טמפרטורות רחב יותר, מה שמציב סכנה בטיחותית לייצור

נכון לעכשיו, חוקרים מקומיים וזרים רבים התמקדו בתהליך הטיפול בחום של X12CrMoWVNbN10-1-1 פלדה Yang Gang et al. [2] חקר את השפעת קצבי הקירור של כיבוי וחיסול על התכונות המכניות של הפלדה בטמפרטורת החדר. Chilukuru [3] חקר את השפעת המשקעים וההתגבשות של קרבוניטרידים על חוזק הזחילה במהלך זחילה ארוכת טווח בטמפרטורה גבוהה ב-650 מעלות. ג קוץ ואח'. [4] חקר את השפעת תהליכי חימום על משקעים של שלבי חיזוק בפלדה. טאו וחב'. [5] נחקרה ההשפעה של טמפרטורת טמפרטורה גבוהה מעל 570 מעלות על התנהגות המשקעים של שלבים משקעים בפלדה זו. עם זאת, היה מעט מחקר על התכונות המכניות של פלדת X12CrMoWVNbN10-1-1 בטווח הטמפרטורות של כ-400 מעלות. במאמר זה נערכו בדיקות מכניות על פלדה X12CrMoWVNbN10-1-1 ב-300~600 מעלות, והמיקרו-מבנה של דגימות מתיחה בטמפרטורות שונות נצפה ונותח כדי לחקור את השפעת הטמפרטורה על התכונות המכניות והמיקרו-מבנה של פלדה X12CrMoWVNbN10-1-1.

1. חומרים ושיטות ניסויים

פלדת X12CrMoWVNbN10-1-1 ששימשה בניסוי נלקחה מגוף שסתום הקיטור של טורבינת הקיטור האולטרה-קריטית, וההרכב הכימי שלה מוצג בטבלה 1. גוף השסתום הותך בכבשן חשמלי אלקליין, מזוקק בתנור. מצקת, ומזוקנת בתנור אינדוקציה ואקום, ולאחר מכן יצוק ליציקה בערך 1560 מעלות. לאחר טיפול בחום, הוא הופק. תהליך הטיפול בחום הוא 1 050 מעלות חישול קירור תנור פלוס 1 100 מעלות קירור אוויר מנרמל פלוס חישול של 740 מעלות.

חתוכים מחומר ניסיוני φ 5 מ"מ × 25 מ"מ דגימות מתיחה עברו בדיקות מתיחה במכונת בדיקה אוניברסלית של SANS בתנאי טמפרטורה גבוהים של 300, 350, 400, 450, 500, 600 מעלות. בדיקות מתיחה ארעיות בטמפרטורה גבוהה נערכו בהתאם לתקנים המפורטים ב-GB/T4338-2006 בדיקת מתיחה בטמפרטורה גבוהה של חומרים מתכתיים, עם הערכים של 2 × ביצוע בדיקות מתיחה בקצב מתח של 10-4 שניות -1. במהלך בדיקת מתיחה חולפת בטמפרטורה גבוהה, תחמם תחילה את דגימת המתיחה לטמפרטורת הבדיקה ב-10 מעלות/דקה, והחזק אותה בטמפרטורה זו למשך שעה אחת לפני ביצוע בדיקת מתיחה חד-צירית. לאחר מכן, צפו במורפולוגיה של השבר של דגימת המתיחה, וקחו דגימה ליד השבר לצורך תצפית וניתוח מיקרוסקופיים

הדוגמה לוטשה ברציפות עם 400 # עד 2000 # נייר שוחקים, ולוקה. לאחר הליטוש, הוא נחרט בתערובת של 5 גרם FeCl3, 25 מ"ל HCl ו-25 מ"ל אתנול. המבנה המטאלוגרפי נצפה תחת מיקרוסקופ מטאלוגרפי OLYMPUS DSX500. מבנה הסריקה ושבר המתיחה נצפו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק פליטת שדה Zeiss Ultra Plus. פרוסה דקה של 0.5 מ"מ נחתכה לאורך החתך כ-5 מ"מ מהשבר ונטחנה לעובי של 50 מ"מ מיקרומטר, נקבה החוצה φ צלחת עגולה של 3 מ"מ דוללה בשיטת ליטוש אלקטרוליטי כפול להכנת דגימת TEM. האלקטרוליט היה תמיסה מעורבת (חלק נפח) של 95 אחוז CH3COOH ו-5 אחוז HClO4, וטמפרטורת האלקטרוליזה הייתה מתחת ל-- 30 מעלות . תצפיות TEM בוצעו על מיקרוסקופ אלקטרוני תמסורת FEI Tecnai G20.

2. תוצאות ודיון

ניתן לראות את תוצאות בדיקת המתיחה בטמפרטורה גבוהה של פלדת X12CrMoWVNbN10-1-1 שבטווח טמפרטורת הבדיקה, כאשר הטמפרטורה היא מתחת ל-400 מעלות, חוזק החומר יורד לאט, ואפילו כאשר חוזק המתיחה הוא 350 תואר, יש עליה קלה. ככל שהטמפרטורה עולה, קצב הפחתת החוזק עולה בהדרגה. בניגוד לשינוי בערכי החוזק, בטווח שבין 300 ל-600 מעלות, התארכות החומר פוחתת תחילה ולאחר מכן גדלה במהירות, כאשר ההתארכות ב-400 מעלות היא 14.2 אחוז, המינימום הגיע.

המורפולוגיה של משטח השבר המתיחה של פלדה X12CrMoWVNbN10-1-1 בטמפרטורות מסוימות. בתוך טווח טמפרטורות הבדיקה, מצב השבר של החומר הוא שבר רקיע, עם מספר רב של גומות מפוזרות על פני השבר. משטח השבר של הדגימות ב-300 מעלות ו-400 מעלות יש גומות קטנות וצפופות, אך כמה גומות גדולות מופיעות בדגימות ב-300 מעלות, מה שמצביע על קשיחות טובה. לאחר עליית הטמפרטורה ל-500 מעלות, גודל הגומה גדל באופן משמעותי, זה מצביע על כך שהקשיחות גדלה בהדרגה, ויש קשר תואם טוב בין שבר המתיחה לשינוי בגמישות החומר.