淬火溫度對ZG1Cr10MoWVNbN耐熱鋼鑄件組織和性能的影響_圖文

1、網(wǎng)絡(luò)出版時間: 網(wǎng)絡(luò)出版地址: DOI:收稿日期:2011-09-20淬火溫度對ZG1Cr10MoWVNbN 耐熱鋼鑄件組織和性能的影響劉越 ,傅勇 ,張雅靜(東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院 沈陽110819摘 要:研究了淬火溫度對ZG1Cr10MoWVNbN 耐熱鋼鑄件微觀組織和力學(xué)性能的影響,結(jié)果表明:淬火溫度對強(qiáng)度和沖擊功有較大影響,1100前強(qiáng)度隨淬火溫度升高快速增加,1100后沖擊功隨淬火溫度升高迅速降低。經(jīng)1100×2h 空冷+730×3h 爐冷至300出爐空冷后得到保持馬氏體位向分布的回火索氏體組織,具有較好的綜合力學(xué)性能。關(guān)鍵詞:ZG1Cr10MoWVNbN 耐熱

2、鋼; 淬火溫度; 微觀組織; 晶粒尺寸; 力學(xué)性能 中圖分類號:TG142.73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 文章編號Effect of quenching temperature on microstructure and properties ofZG1Cr10MoWVNbN heat-resistant steelLIU Y ue, FU Yong, ZHANG Ya-jing(School of Materials & Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110819, China. Abstract: Effect of quenchi

3、ng temperature on microstructure and mechanical properties of ZG1Cr10MoWVNbN heat-resistant steel were studied in this paper, experimental results indicate that the quenching temperature has great influence on mechanical pr oper t i es . The i nt ensi t y i m pr oved evi dent l y bef or e 1100, el s

4、 e t he i m pact ener gy decl i ned evi dent l y af t er 1100.t he t em per ed s or bi t e w hi ch keep t he or i ent at i on of m ar t ensi t e can be obt ai ned af t er quenchi ng at 1100 f or 2 h and cool i ng i n ai r , tempering at 730 f or 3 h and cool i ng i n f ur nace , then cooling in air

5、from 300 t o room temperature, the comprehensive properties are well.Key words: ZG1Cr10MoWVNbN heat-resistant steel; quenching temperature; microstructure; grain size; mechanical properties.隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的加劇,高效率的超超臨界(ultra-super critical, USC 發(fā)電技術(shù)在國際上開始廣泛地應(yīng)用,這使得超超臨界發(fā)電機(jī)組用耐熱鋼的研究和使用發(fā)展迅速,對其綜合性能要求也越來越高1-3。Z

6、G1Cr10MoWVNbN 耐熱鋼是超超臨界汽輪機(jī)高溫用鑄鋼,主要用于超超臨2011-10-11 11:12界汽輪機(jī)高中壓汽缸、噴嘴和主汽閥等關(guān)鍵部件,工作溫度為600,工作壓力為25MPa4,5。ZG1Cr10MoWVNbN耐熱鋼采用了Nb-V復(fù)合沉淀強(qiáng)化和W-Mo復(fù)合固溶強(qiáng)化,具有較好的熱強(qiáng)性能、抗高溫腐蝕和氧化性能6-10。鑒于目前很少見到有關(guān)該材料的熱處理工藝與組織和性能之間關(guān)系方面的詳細(xì)資料,因此有必要對其進(jìn)行系統(tǒng)的研究。本文重點(diǎn)探討淬火溫度對ZG1Cr10MoWVNbN耐熱鋼鑄件微觀組織和力學(xué)性能的影響,為優(yōu)化該材料的熱處理工藝參數(shù)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。1 試驗(yàn)材料及方法 苦味酸水溶液+1

7、.6A電流電解腐蝕觀察微觀組織;(210%苦味酸水溶液+2.0A電流電解腐蝕后再拋光觀察晶粒尺寸。在WE-600萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸力學(xué)性能試驗(yàn);在INSTRON-Dynatup 9250HV型落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖擊試驗(yàn);在HB-3000型布氏硬度試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行硬度測試,其中所用壓頭為F5 mm,加載為250 kg。2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.1 淬火溫度對微觀組織的影響由于含有Cr 、B 和V 等元素,ZG1Cr10MoWVNbN 耐熱鋼具有良好的淬透性,空冷條件下就能獲得完全的馬氏體組織。另外還有W 、Mo 等元素,使得馬氏體板條具有較好的高溫回火抗性,在一定高溫回火后,馬氏體組織仍不會分

8、解。圖1為不同淬火溫度下的試驗(yàn)鋼微觀組織。可以看出,不同淬火溫度下的微觀組織變化不大,均為保持馬氏體位向分布的回火索氏體組織。在10401100溫度范圍內(nèi),隨著淬火溫度的不斷升高,奧氏體成分以及熱處理后組織均勻性增加;當(dāng)淬火溫度進(jìn)一步升高,奧氏體晶粒長大導(dǎo)致熱處理后的組織粗大。2.2淬火溫度對晶粒尺寸的影響奧氏體是一種高溫相,在連續(xù)的加熱轉(zhuǎn)變過程中,奧氏體化溫度對奧氏體晶粒大小影響明顯,而奧氏體晶粒的大小又對熱處理冷卻時的組織轉(zhuǎn)變和熱處理后 100m (b20m 20m (d圖1 不同淬火溫度下的微觀組織(a,b 1040,c,d1070,e,f 1100,g,h 1130,i,j 1160鋼

9、的強(qiáng)度與韌性均有較大影響,因此奧氏體晶粒大小是衡量熱處理工藝是否適當(dāng)?shù)闹匾笜?biāo)之一。圖2為鑄態(tài)試樣經(jīng)10401160不同溫度淬火+730回火熱處理后的奧氏體晶粒組織。可以看出,隨著淬火溫度的升高,奧氏體晶粒逐漸地長大。其中在1040、1070淬火時,原奧氏體晶粒尺寸細(xì)小均勻。隨著淬火溫度的升高,在1100時,晶粒有所長大,但并未發(fā)生明顯的異常長大。當(dāng)溫度升到1130時,晶粒已經(jīng)明100m 100m 100m 20m 20m 20m (h (j顯粗大,晶粒尺寸大小不均。表2為試樣在不同溫度淬火后的奧氏體晶粒度。為了進(jìn)一步研究分析奧氏體晶粒的長大行為,我們對不同溫度淬火后的試樣進(jìn)行了TEM觀察。圖

10、3為鑄態(tài)試樣經(jīng)1040、1100、1160淬火后的TEM照片,從中可以看出,隨著淬火溫度的升高,黑色針狀M7C3碳化物數(shù)量逐漸變少,尺寸逐漸變小。可以看出,隨著淬火溫度的不斷升高,M7C3碳化物顆粒不斷的溶解,對奧氏體晶粒長大的阻礙作用逐漸減弱,奧氏體晶粒逐漸長大。(b100m 100m(d100m 100m(e圖2 不同淬火溫度下的晶粒尺寸Fig.2 Austenite grain size at different quenching temperature（a1040、b1070、c1100、d1130、e1160） 表 2 不同淬火溫度下的奧氏體晶粒度* Table 2 Austeni

11、te grain size at different quenching temperature 淬火溫度/ 晶粒度 鑄態(tài) 1040 3 1070 3 1100 2 1130 1 1160 0.5 *參照 GB/T6394-2002 對比評級 (a (b (c 圖 3 不同溫度淬火后的透射照片 Fig.3 TEM picture under different quenching temperature （a1040，b1100，c1160） 2.3 淬火溫度對力學(xué)性能的影響 表 3 為不同淬火溫度下試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能。可以看出，試驗(yàn)鋼在 10401160 溫度范圍內(nèi)淬火，其力學(xué)性能均能滿足要求

12、。其中屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及沖擊 表 3 不同淬火溫度下的力學(xué)性能 Table 3 Mechanical properties at different quenching temperature 淬火溫度/ s/MPa b/MPa /% /% HB Akv/J 6 1040 1070 1100 1130 1160 性能要求 625 663 696 707 717 520 763 790 816 828 835 680850 20 18 18 18 17 15 65 62 62 61 59 40 222 228 233 236 238 220 74 72 69 54 52 35 功受淬火溫度變

13、化的影響較大，而延伸率、截面收縮率以及硬度隨淬火溫度變化 的影響較小。 試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和沖擊功與淬火溫度之間的關(guān)系如圖 4 所示。 可以看出，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度隨淬火溫度的升高而增加， 沖擊功隨淬火溫度的升高而降低。 840 800 760 76 72 64 60 56 52 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 T/ 68 s, b/ 720 680 640 圖 4 淬火溫度對屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和沖擊功的影響 Fig.4 Effect of quenching temperature on yield strength, tens

14、ile strength and impact energy 屈服強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度；沖擊功 在 1100之前， 屈服強(qiáng)度、 抗拉強(qiáng)度隨淬火溫度的升高快速增加， 而在 1100 后，其增幅明顯減弱，基本上趨于穩(wěn)定。沖擊功隨淬火溫度的升高不斷下降，其 中以 1100到 1130間下降幅度最大。當(dāng)淬火溫度高于 1130后，沖擊功降至最 低，基本趨于穩(wěn)定。 由此可知，隨淬火溫度的升高，殘留碳化物的量減少，鋼中合金元素的固溶 強(qiáng)化作用加強(qiáng)，另外奧氏體成分和淬火后的組織均勻性增加，鋼的強(qiáng)度能快速上 升。但隨著溫度的升高，晶粒粗化以及殘余奧氏體的增多，由此導(dǎo)致的強(qiáng)度下降 7 Ak / 會在很大程度上的抵消合金

15、元素的固溶強(qiáng)化作用，因此強(qiáng)度增加幅度會大大減弱。 鋼的沖擊功隨淬火溫度的變化趨勢與強(qiáng)度正好相反，其中主要是因?yàn)榇慊饻囟壬?高，晶粒長大所致。 3 結(jié) 論 （1）ZG1Cr10MoWVNbN 耐熱鋼經(jīng) 1100×2h 空冷+730×3h 爐冷至 300 出爐空冷后得到保持馬氏體位向分布的回火索氏體組織，具有較好的綜合力學(xué)性 能。 （2）淬火溫度對晶粒尺寸有較大影響。當(dāng)淬火溫度低于 1100時，晶粒細(xì)小 均勻；當(dāng)淬火溫度高于 1100時，晶粒發(fā)生異常長大，組織粗大。 （3）淬火溫度對力學(xué)性能的影響顯著。10401100范圍內(nèi)，隨著淬火溫度 的升高，合金元素的固溶強(qiáng)化作用以及回火

16、后碳氮化物的沉淀強(qiáng)化作用增強(qiáng)導(dǎo)致 屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度快速增加；11001160范圍內(nèi)，隨著淬火溫度的升高，晶粒 長大、組織粗大導(dǎo)致沖擊功快速降低。 參考文獻(xiàn)： 1戴佩琨, 程鈞培. 火力發(fā)電新技術(shù)發(fā)展J.發(fā)電設(shè)備，2004,1:1-6. ( Dai Peikun, Cheng Junpei. Development of new thchniques in thermal power generationJ. J Power Equipment, 2004, 1:1-6. 2李君，吳少華，李振中. 超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)是我國目前發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)的優(yōu)先選 擇J.中國電力，2004,37(9:1

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