X12CrMoWVNbN10-1-1钢δ铁素体析出规律研究

2012-09-25王群娣

大型铸锻件 2012年6期

王群娣

(太原重工股份有限公司轮轴分公司，山西030024)

为解决电力短缺、环境污染严重等问题及提高能源利用率[1]，国家近几年致力于发展超超临界发电设备。超超临界汽轮机的大型高压转子通常重约几十吨甚至几百吨，工作部分蒸汽温度达到600℃以上、蒸汽压力达到30 MPa以上，同时还要高速旋转，因此对材料性能的要求极高。X12CrMoWVNbN10-1-1钢是近年来广泛用于制造超超临界汽轮机组中高压转子的一种耐热钢[2～5]。

由于低碳不锈钢在热加工及热处理过程中容易出现δ铁素体的析出现象，对转子的力学性能产生较大的影响[6]，因此研究X12CrMoWVNbN10-1-1钢δ铁素体产生与消除的规律对生产有极大的指导意义。本文利用试验并结合金相组织、冲击性能测试和SEM扫描等手段进行分析，研究了δ铁素体在不同加热温度、保温时间条件下析出的规律。

1 试验方案

1.1 试验样品

试验所用材料取自锻后转子，大小为100 mm×100 mm×600 mm。化学成分如表1所示。

1.2 试验方法

热处理试验。在箱式加热炉中，加热温度为1 000～1 200℃，间隔20℃，保温时间分别为2 h、5 h、10 h，空冷至室温，使用金相显微镜分析所有试样的显微组织。

冲击试验及SEM分析。加热温度为1 000～1 250℃，间隔50℃，保温5 h后空冷。按照GB/T 229-1994[7]标准制作标准试样并在摆锤式冲击试验机上进行冲击试验。冲击完后使用SEM进行观察扫描其断口形貌。

表1 试验钢的化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of the tested steel(mass fraction,%)

(a)1000℃ (b)1080℃

(c)1100℃ (d)1200℃图1 X12CrMoWVNbN10-1-1钢不同温度保温时δ铁素体析出情况(50×)Figure 1 The situations of δ ferrite precipitated from X12CrMoWVNbN10-1-1 Steel when holding under different temperatures(50×)

表2 δ铁素体在不同温度保温2 h时的析出量(质量分数，%)Table 2 The amount of δ ferrite precipitation when holding for two hours under different temperatures(mass fraction, %)

2 试验结果及分析

2.1 显微组织分析

图1为X12CrMoWVNbN10-1-1钢分别在1 000℃、1 080℃、1 100℃、1 200℃保温2 h的金相照片。该钢合金成分高，淬透性好，因此在空冷的状态下就能淬透。从金相图上观察，金相组织在1 100℃以下主要以细小马氏体为主，晶粒度大约在5～7级，而超过1 100℃后晶粒长大迅速，主要为粗大铁素体、马氏体混合组织，并且随着温度的升高，δ铁素体量逐渐增加，呈现条带状分布，此时晶粒度大约在1～4级。图1中亮白色的组织即为析出的高温铁素体组织。

根据对金相图的统计，δ铁素体析出量如表2所示。从表2可以看出，在1 100℃以下，析出量很少，不足1%，而在1 160℃以后析出量成倍增加。在1 200℃时析出量最高。对保温10 h的试样经过金相观察分析，其δ铁素体含量高达9%。

表3 X12CrMoWVNbN10-1-1钢的力学性能检测结果Table 3 The mechanical properties results of X12CrMoWVNbN10-1-1 steel

通过分析试验结果，可以判断δ铁素体在1 160℃以上随着温度和保温时间的延长，析出量有较大幅度的增加。

2.2 冲击性能测试及分析

从表3的平均冲击吸收功来看，试样的冲击功随着温度的升高呈现下降趋势，在1 000～1 150℃范围内热处理时，冲击功降幅较小，尤其是1 050～1 150℃之间，冲击功基本接近。而当温度超过1 150℃时，随着温度的提高，冲击功降幅较大，特别是经过1 250℃处理后的试样，冲击值仅为17.3 J。结合金相分析，可以推断，这是由于δ铁素体大量析出而引起的，并且析出量越大，力学性能越差。