تأثیر دما بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد X12CrMoWVNbN{1}}

فولاد مقاوم در برابر حرارت X12CrMoWVNbN10-1-1 به طور گسترده در ساخت قطعات ریخته گری و آهنگری های بزرگ مانند روتورهای توربین بخار فوق بحرانی، بدنه دریچه های بخار اصلی و دیسک های توربین گاز استفاده می شود. این یک فولاد معمولی (9 تا 12 درصد) کروم (کسری جرمی) مقاوم در برابر حرارت است، با ضریب انبساط حرارتی پایین، هدایت حرارتی بالا، عملکرد خزشی خوب در دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی. استحکام استقامت بالایی در حدود 600 درجه دارد و به طور گسترده در ساخت قطعات سرویس با دمای بالا ژنراتورهای فوق بحرانی استفاده می شود، به عنوان مثال، قطعات ریخته گری و آهنگری بزرگ مانند روتورهای فشار بالا و بدنه دریچه های بخار در واحدهای توربین بخار. [1]. با این حال، در کاربردهای عملی، مشخص شده است که کشیدگی فولاد X12CrMoWVNbN{14}} در 400 درجه کمتر از دمای اتاق است و انعطاف پذیری آن ضعیف است. این بدیهی است که به کاربرد گسترده فولاد X12CrMoWVNbN{17}} در تولید عملی در محدوده دمایی وسیع‌تر کمک نمی‌کند و باعث ایجاد خطر ایمنی برای تولید می‌شود.

در حال حاضر، بسیاری از محققان داخلی و خارجی روی فرآیند عملیات حرارتی فولاد X12CrMoWVNbN10-1-1 یانگ گانگ و همکاران تمرکز کرده‌اند. [2] اثر سرعت های خنک کننده خاموش و معتدل را بر خواص مکانیکی فولاد در دمای اتاق مطالعه کرد. چیلوکورو [3] اثر بارندگی و درشت شدن کربنیتریدها را بر قدرت خزش در طول خزش طولانی مدت در دمای بالا در 650 درجه مطالعه کرد. جی کوتز و همکاران [4] اثر فرآیندهای گرمایش را بر بارش فازهای تقویتی در فولاد مورد مطالعه قرار داد. تائو و همکاران [5] اثر تلطیف دمای بالا بالاتر از 570 درجه بر رفتار بارشی فازهای رسوبی در این فولاد مورد بررسی قرار گرفته است. با این حال، تحقیقات کمی در مورد خواص مکانیکی فولاد X12CrMoWVNbN{11}} در محدوده دمایی حدود 400 درجه انجام شده است. در این مقاله، آزمایش‌های مکانیکی بر روی فولاد X12CrMoWVNbN{14}} در دمای 300 تا 600 درجه انجام شده است و ریزساختار نمونه‌های کششی در دماهای مختلف برای بررسی تأثیر دما بر خواص مکانیکی و ریزساختار مشاهده و تحلیل شده است. فولاد X12CrMoWVNbN{18}}.

1.مواد و روشهای تجربی

فولاد X12CrMoWVNbN10-1-1 مورد استفاده در آزمایش از بدنه شیر بخار توربین بخار فوق بحرانی گرفته شده است و ترکیب شیمیایی آن در جدول 1 نشان داده شده است. ملاقه، و در یک کوره القایی خلاء تصفیه شده، و سپس در قالب ریخته گری در حدود 1560 درجه ریخته گری می شود. پس از عملیات حرارتی تولید شد. فرآیند عملیات حرارتی 1 050 درجه خنک‌سازی کوره بازپخت به‌علاوه 1 100 درجه خنک‌کننده هوای نرمال‌کننده به‌علاوه 740 درجه حرارت است.

نمونه‌های کششی برش‌شده از مواد آزمایشی φ 5 میلی‌متر × 25 میلی‌متر تحت آزمایش کشش بر روی دستگاه تست جهانی SANS تحت شرایط دمای بالا 300، 350، 400، 450، 500، 600 درجه قرار گرفتند. آزمایش کشش گذرا در دمای بالا مطابق با استانداردهای مشخص شده در GB/T{8}} آزمایش کشش در دمای بالا مواد فلزی، با مقادیر 2 × آزمایش کششی با نرخ کرنش 10-4 ثانیه انجام شد. -1. در طول آزمایش کشش گذرا در دمای بالا، ابتدا نمونه کششی را تا دمای آزمایش در 10 درجه در دقیقه گرم کنید و قبل از انجام آزمایش کششی تک محوری آن را به مدت 1 ساعت در این دما نگه دارید. سپس، مورفولوژی شکست نمونه کششی را مشاهده کنید و یک نمونه در نزدیکی شکستگی برای مشاهده و آنالیز میکروسکوپی بگیرید.

نمونه به طور متوالی با 400 # تا 2000 # کاغذ ساینده پرداخت و صیقل داده شد. پس از پرداخت، با مخلوطی از 5 گرم FeCl3، 25 میلی لیتر هیدروکلراید و 25 میلی لیتر اتانول اچ شد. ساختار متالوگرافی زیر میکروسکوپ متالوگرافی OLYMPUS DSX500 مشاهده شد. ساختار روبشی و شکست کششی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی Zeiss Ultra Plus مشاهده شد. یک برش نازک 0.5 میلی‌متری در امتداد مقطع حدود 5 میلی‌متر از شکستگی بریده شد و تا ضخامت 50 میلی‌متر میکرومولار آسیاب شد، یک صفحه دایره‌ای 3 میلی‌متری با استفاده از روش پرداخت الکترولیتی دو جت نازک شد تا نمونه TEM تهیه شود. الکترولیت محلول مخلوط (کسر حجمی) 95 درصد CH3COOH و 5 درصد HClO4 بود و دمای الکترولیز زیر {16}} درجه بود. مشاهدات TEM روی میکروسکوپ الکترونی عبوری FEI Tecnai G20 انجام شد.

2. نتایج و بحث

نتایج آزمایش کشش در دمای بالا فولاد X12CrMoWVNbN10-1-1 را می توان مشاهده کرد که در محدوده دمای آزمایش، زمانی که دما زیر 400 درجه باشد، استحکام ماده به آرامی کاهش می یابد و حتی زمانی که استحکام کششی در 350 باشد. درجه، افزایش جزئی وجود دارد. با افزایش دما، سرعت کاهش مقاومت به تدریج افزایش می یابد. برخلاف تغییر مقادیر استحکام، در محدوده 300 تا 600 درجه، ازدیاد طول ماده ابتدا کاهش می‌یابد و سپس به سرعت افزایش می‌یابد، به طوری که ازدیاد طول در 400 درجه به 14.2 درصد می‌رسد که به حداقل رسیده است.

مورفولوژی سطح شکست کششی فولاد X12CrMoWVNbN10-1-1 در برخی دماها. در محدوده دمای آزمایش، حالت شکست ماده، شکست انعطاف پذیر است، با تعداد زیادی فرورفتگی روی سطح شکستگی توزیع شده است. سطح شکست نمونه ها در 300 درجه و 400 درجه دارای فرورفتگی های کوچک و متراکم است، اما برخی از گودی های بزرگ در نمونه ها در 300 درجه ظاهر می شوند که نشان دهنده چقرمگی خوب است. پس از افزایش دما به 500 درجه، اندازه گودی به طور قابل توجهی افزایش می یابد، این نشان می دهد که چقرمگی به تدریج افزایش می یابد و رابطه متناظر خوبی بین شکست کششی و تغییر شکل پذیری مواد وجود دارد.