Stal żaroodporna X12CrMoWVNbN10-1-1 jest szeroko stosowana do produkcji dużych odlewów i odkuwek, takich jak ultranadkrytyczne wirniki turbin parowych, korpusy głównych zaworów parowych i tarcze turbin gazowych. Jest to typowa (od 9 do 12 procent) Cr (ułamek masowy) stal żaroodporna, o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej, wysokiej przewodności cieplnej, dobrej odporności na pełzanie w wysokich temperaturach i odporności na korozję. Ma wysoką wytrzymałość na około 600 stopni i jest szeroko stosowany w produkcji wysokotemperaturowych elementów eksploatacyjnych generatorów ultranadkrytycznych, na przykład dużych odlewów i odkuwek, takich jak wirniki wysokociśnieniowe i korpusy zaworów parowych w jednostkach turbin parowych [1]. Jednak w praktycznych zastosowaniach stwierdzono, że wydłużenie stali X12CrMoWVNbN10-1-1 w temperaturze 400 stopni jest mniejsze niż w temperaturze pokojowej, a jej plastyczność jest słaba. Nie sprzyja to oczywiście szerokiemu zastosowaniu stali X12CrMoWVNbN10-1-1 w praktycznej produkcji w szerszym zakresie temperatur, stwarzając zagrożenie dla bezpieczeństwa produkcji
Obecnie wielu badaczy krajowych i zagranicznych koncentruje się na procesie obróbki cieplnej stali X12CrMoWVNbN10-1-1 Yang Gang et al. [2] badali wpływ szybkości chłodzenia hartowania i odpuszczania na właściwości mechaniczne stali w temperaturze pokojowej. Chilukuru [3] badał wpływ wytrącania i gruboziarnistości węglikoazotków na wytrzymałość na pełzanie podczas długotrwałego pełzania w wysokiej temperaturze 650 st. G. Kutz i in. [4] badali wpływ procesów nagrzewania na wytrącanie faz wzmacniających w stali. Tao i in. [5] Zbadano wpływ odpuszczania w wysokiej temperaturze powyżej 570 stopni na zachowanie się wydzieleń faz wytrąconych w tej stali. Niewiele było jednak badań dotyczących właściwości mechanicznych stali X12CrMoWVNbN10-1-1 w zakresie temperatur około 400 stopni. W tym artykule przeprowadzono testy mechaniczne stali X12CrMoWVNbN{14}} w temperaturze 300~600 stopni, a także obserwowano i analizowano mikrostrukturę rozciąganych próbek w różnych temperaturach, aby zbadać wpływ temperatury na właściwości mechaniczne i mikrostrukturę stali stal X12CrMoWVNbN10-1-1.
1.Materiały i metody doświadczalne
Zastosowana w eksperymencie stal X12CrMoWVNbN{1}} została pobrana z korpusu zaworu parowego ultranadkrytycznej turbiny parowej, a jej skład chemiczny przedstawiono w tabeli 1. Korpus zaworu przetopiono w alkalicznym piecu elektrycznym, rafinowano w kadzi i rafinowany w próżniowym piecu indukcyjnym, a następnie wlany do odlewu w temperaturze około 1560 stopni. Po obróbce cieplnej został wyprodukowany. Proces obróbki cieplnej to 1 050 stopień chłodzenia pieca do wyżarzania plus 1 100 stopnia normalizującego chłodzenia powietrzem plus 740 stopni odpuszczania.
Wycięte z materiału doświadczalnego próbki o wymiarach φ 5 mm × 25 mm poddano próbie rozciągania na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej SANS w warunkach wysokiej temperatury 300, 350, 400, 450, 500, 600 stopni. Przejściowa próba rozciągania w wysokiej temperaturze została przeprowadzona zgodnie z normami określonymi w GB/T{8}} High Temperature Tensile Testing of Metallic Materials, z wartościami 2 × Przeprowadzenie próby rozciągania przy szybkości odkształcania 10-4s -1. Podczas przejściowej próby rozciągania w wysokiej temperaturze najpierw podgrzej próbkę rozciągania do temperatury badania przy 10 stopniach / min i trzymaj ją w tej temperaturze przez 1 godzinę przed przeprowadzeniem próby rozciągania jednoosiowego. Następnie obserwuj morfologię pęknięcia próbki rozciąganej i pobierz próbkę w pobliżu pęknięcia do obserwacji mikroskopowej i analizy
Próbkę kolejno polerowano papierem ściernym 400 # do 2000 # i polerowano. Po wypolerowaniu wytrawiono ją mieszaniną 5 g FeCl3, 25 ml HCl i 25 ml etanolu. Strukturę metalograficzną obserwowano pod mikroskopem metalograficznym OLYMPUS DSX500. Strukturę skanującą i pęknięcie przy rozciąganiu obserwowano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego Zeiss Ultra Plus z emisją polową. Cienki plasterek o grubości 0,5 mm wycięto wzdłuż przekroju poprzecznego około 5 mm od pęknięcia i zmielono do grubości 50 mm μM, wykrawano φ Okrągłą płytkę o grubości 3 mm pocieniono metodą polerowania elektrolitycznego dwoma strumieniami w celu przygotowania próbki TEM. Elektrolit był mieszanym roztworem (ułamek objętościowy) 95% CH3COOH i 5% HClO4, a temperatura elektrolizy wynosiła poniżej - 30 stopni. Obserwacje TEM przeprowadzono na transmisyjnym mikroskopie elektronowym FEI Tecnai G20.
2. Wyniki i dyskusja
Z wyników próby rozciągania w wysokiej temperaturze stali X12CrMoWVNbN{2}} widać, że w zakresie temperatur badania, gdy temperatura jest niższa niż 400 stopni, wytrzymałość materiału maleje powoli, a nawet gdy wytrzymałość na rozciąganie wynosi 350 stopnia następuje niewielki wzrost. Wraz ze wzrostem temperatury tempo zmniejszania się wytrzymałości stopniowo wzrasta. W przeciwieństwie do zmiany wartości wytrzymałości, w zakresie od 300 do 600 stopni, wydłużenie materiału najpierw maleje, a następnie gwałtownie wzrasta, przy czym wydłużenie przy 400 stopniach wynosi 14,2 procent. Osiągnięto minimum.
Morfologia powierzchni pęknięcia przy rozciąganiu stali X12CrMoWVNbN10-1-1 w niektórych temperaturach. W zakresie temperatur badania trybem pękania materiału jest pękanie ciągliwe, z dużą liczbą wgłębień rozmieszczonych na powierzchni pęknięcia. Powierzchnia pęknięcia próbek przy 300 stopniach i 400 stopniach ma małe i gęste wgłębienia, ale w próbkach przy 300 stopniach pojawiają się duże wgłębienia, co wskazuje na dobrą ciągliwość. Po wzroście temperatury do 500 stopni wielkość wgłębienia znacznie wzrasta, co wskazuje, że wytrzymałość stopniowo wzrasta i istnieje dobra odpowiednia zależność między pęknięciem na rozciąganie a zmianą plastyczności materiału.
