X12CrMoWVNbN10-1-1 čelik otporan na toplinu široko se koristi u proizvodnji velikih odljevaka i otkovaka kao što su ultra-superkritični rotori parnih turbina, tijela glavnih parnih ventila i diskovi plinskih turbina. To je tipičan (9 posto do 12 posto) Cr (maseni udio) čelik otporan na toplinu, s niskim koeficijentom toplinskog širenja, visokom toplinskom vodljivošću, dobrim performansama puzanja pri visokim temperaturama i otpornošću na koroziju. Ima visoku izdržljivost na oko 600 stupnjeva i naširoko se koristi u proizvodnji visokotemperaturnih uslužnih komponenti ultra-superkritičnih generatora, na primjer, velikih odljevaka i otkovaka kao što su visokotlačni rotori i tijela parnih ventila u jedinicama parnih turbina [1]. Međutim, u praktičnim primjenama, utvrđeno je da je istezanje čelika X12CrMoWVNbN10-1-1 na 400 stupnjeva niže od sobne temperature, a njegova plastičnost je loša. Ovo očito ne pogoduje širokoj primjeni čelika X12CrMoWVNbN10-1-1 u praktičnoj proizvodnji unutar šireg temperaturnog raspona, postavljajući sigurnosnu opasnost za proizvodnju
Trenutno su se mnogi domaći i strani istraživači usredotočili na proces toplinske obrade čelika X12CrMoWVNbN10-1-1 Yang Gang et al. [2] proučavali su učinak brzina kaljenja i hlađenja pri kaljenju na mehanička svojstva čelika na sobnoj temperaturi. Chilukuru [3] je proučavao učinak taloženja i ogrubljivanja karbonitrida na čvrstoću puzanja tijekom dugotrajnog visokotemperaturnog puzanja na 650 stupnjeva. G Kutz i sur. [4] proučavali su utjecaj procesa zagrijavanja na taloženje faza ojačanja u čeliku. Tao i sur. [5] Proučavan je učinak kaljenja na visokoj temperaturi iznad 570 stupnjeva na ponašanje taloženih faza u ovom čeliku. Međutim, bilo je malo istraživanja o mehaničkim svojstvima čelika X12CrMoWVNbN10-1-1 unutar temperaturnog raspona od oko 400 stupnjeva. U ovom su radu provedena mehanička ispitivanja na čeliku X12CrMoWVNbN10-1-1 na 300~600 stupnjeva, a mikrostruktura zateznih uzoraka promatrana je i analizirana na različitim temperaturama kako bi se istražio učinak temperature na mehanička svojstva i mikrostrukturu X12CrMoWVNbN10-1-1 čelik.
1. Eksperimentalni materijali i metode
Čelik X12CrMoWVNbN10-1-1 korišten u eksperimentu uzet je iz tijela parnog ventila ultra superkritične parne turbine, a njegov kemijski sastav prikazan je u tablici 1. Tijelo ventila je rastaljeno u alkalnoj električnoj peći, rafinirano u lonac, i rafiniran u vakuumskoj indukcijskoj peći, a zatim izliven u odljevak na oko 1560 stupnjeva. Nakon toplinske obrade proizvedeno je. Proces toplinske obrade je 1 050 stupnjeva hlađenje peći za žarenje plus 1 100 stupnjeva normalizirajućeg hlađenja zrakom plus 740 stupnjeva kaljenja.
Vlačni uzorci izrezani iz eksperimentalnog materijala φ 5 mm × 25 mm podvrgnuti su vlačnom ispitivanju na SANS univerzalnom ispitnom stroju u uvjetima visoke temperature od 300, 350, 400, 450, 500, 600 stupnjeva. Visokotemperaturno prijelazno vlačno ispitivanje provedeno je u skladu sa standardima navedenim u GB/T4338-2006 Visokotemperaturno vlačno ispitivanje metalnih materijala, s vrijednostima 2 × Provesti vlačno ispitivanje pri brzini deformacije od 10-4s -1. Tijekom visokotemperaturnog prijelaznog vlačnog ispitivanja, prvo zagrijte vlačni uzorak na ispitnu temperaturu od 10 stupnjeva /min i držite ga na toj temperaturi 1 sat prije nego što provedete jednoosno vlačno ispitivanje. Zatim promatrajte morfologiju loma vlačnog uzorka i uzmite uzorak u blizini loma za mikroskopsko promatranje i analizu
Uzorak je uzastopno poliran s 400 # do 2000 # brusnim papirom i poliran. Nakon poliranja je jetkana mješavinom 5 g FeCl3, 25 mL HCl i 25 mL etanola. Metalografska struktura promatrana je pod metalografskim mikroskopom OLYMPUS DSX500. Skenirajuća struktura i vlačni lom promatrani su pomoću Zeiss Ultra Plus skenirajućeg elektronskog mikroskopa s emisijom polja. Kriška debljine 0,5 mm izrezana je duž poprečnog presjeka oko 5 mm od prijeloma i izbrušena na debljinu od 50 mm μ M, izbušena φ Kružna ploča od 3 mm istanjena je metodom elektrolitičkog poliranja s dvostrukim mlazom za pripremu TEM uzorka. Elektrolit je bila miješana otopina (volumenni udio) od 95 posto CH3COOH i 5 posto HClO4, a temperatura elektrolize bila je ispod - 30 stupnjeva. TEM promatranja obavljena su na prijenosnom elektronskom mikroskopu FEI Tecnai G20.
2. Rezultati i rasprava
Rezultati ispitivanja vlačne čvrstoće na visokoj temperaturi čelika X12CrMoWVNbN10-1-1 mogu se vidjeti da unutar temperaturnog raspona ispitivanja, kada je temperatura ispod 400 stupnjeva, čvrstoća materijala polako opada, pa čak i kada je vlačna čvrstoća na 350 stupanj , postoji blagi porast. Kako se temperatura povećava, stopa smanjenja čvrstoće postupno raste. Za razliku od promjene vrijednosti čvrstoće, unutar raspona od 300 do 600 stupnjeva, rastezanje materijala se prvo smanjuje, a zatim brzo raste, s istezanjem na 400 stupnjeva od 14,2 posto, što je dosegnuti minimum.
Morfologija vlačne lomne površine čelika X12CrMoWVNbN10-1-1 pri nekim temperaturama. Unutar temperaturnog raspona ispitivanja, način loma materijala je duktilni lom, s velikim brojem udubina raspoređenih na površini loma. Površina loma uzoraka na 300 stupnjeva i 400 stupnjeva ima male i guste udubine, ali se neke velike udubine pojavljuju u uzorcima na 300 stupnjeva, što ukazuje na dobru žilavost. Nakon što se temperatura podigne na 500 stupnjeva, veličina udubljenja značajno se povećava. To ukazuje da se žilavost postupno povećava, a postoji dobar odnos između vlačnog loma i promjene u plastičnosti materijala.
