釩對(duì)T122鐵素體耐熱鋼組織和性能的影響

1、釩對(duì) T122鐵素體耐熱鋼組織和性能的影響摘自：特殊鋼2006年第一期作者：劉正東;程世長(zhǎng);包漢生;傅萬(wàn)堂;楊鋼;王立民材料二班1376804213唐朱瑞 20世紀(jì) 30年代，0.4碳鋼中加入釩后，鋼的蠕變速度顯著下降，40年代開(kāi)發(fā)的燃?xì)鉁u輪機(jī)渦輪盤用 13Cr鋼，作為重要強(qiáng)化元素也加入了釩，隨后開(kāi)發(fā) 的 12Cr系鋼中也同樣加入釩，50年代以后開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)度 9 12Cr系鋼中都 含有釩 。 釩作為強(qiáng)碳化物形成元素，單獨(dú)添加可形成 VC或 V(C，N)，在高溫長(zhǎng)時(shí)間下粗化，強(qiáng)化效果較??；而 V、Nb復(fù)合添加時(shí)，復(fù)合強(qiáng)化使得強(qiáng)度提高顯著 。在本研究過(guò)程中，固定鈮含量為0.05，著重研究了 T12

2、2鋼中釩含量變化對(duì)組織 結(jié)構(gòu)、室溫、高溫力學(xué)性能以及析出相的影響，并確定最佳釩含量。 1 試驗(yàn)方法 T122試驗(yàn)鋼采用真空感應(yīng)爐冶煉 ，25kg 鋼錠，化學(xué)成分見(jiàn)表 1。鋼錠 經(jīng)1160鍛造開(kāi)坯， 終鍛溫度 900，改鍛為直徑14mm 的圓棒和 14 mm的方棒試樣，再經(jīng) 750 oC 1h退火處理。沖擊 試樣為標(biāo)準(zhǔn)夏比 V型沖擊試樣，室溫拉伸、高溫 拉伸以及持久試樣均為直徑5mm標(biāo)準(zhǔn)試樣，相分析試樣為 10mm長(zhǎng) 6570ainr的圓柱型試棒。 試棒經(jīng) 10500.5 h油冷 +770 3h空冷處理，然后根據(jù) T122鋼服役時(shí)的溫度，進(jìn)行 650 100h、300h、1000h和3000h的

3、模擬時(shí)效 試驗(yàn)，以及 650持久強(qiáng)度試驗(yàn)。采用 MF4Leica 光學(xué)金相顯微鏡及 TH800透射電鏡觀察微觀組 織，通過(guò)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)、室溫和高溫拉伸試驗(yàn) 機(jī)測(cè)量力學(xué)性能。對(duì)熱處理回火態(tài)試棒及時(shí)效后 的對(duì)回火態(tài)及時(shí)效處理3000h后 試樣進(jìn)行化學(xué)相分析，電解液選用 5鹽酸一2檸檬酸一5甘油 甲醇溶液，電流密度 i=00501Acm2(總電流 控制在 0509A)，溫度在 一5以下，電解時(shí)間約 15h，定量提取各析出物。析出物經(jīng)收集洗滌后，進(jìn)行 x射線衍射分析及定量相分析。 2 試驗(yàn)結(jié)果與討論試驗(yàn)結(jié)果與討論 1.微觀組織 由金相網(wǎng)格法測(cè)出的 鐵素體含量可見(jiàn)，鋼中隨釩含量的增加， 鐵素體在鋼中

4、所占的體積 分?jǐn)?shù)明顯增加(表 1)。試驗(yàn)鋼的顯微組織均為回 火馬氏體 + 鐵素體 +析出相(圖 1)。時(shí)效前與 時(shí)效后回火馬氏體 + 鐵素體微觀組織沒(méi)有明顯 變化，只是隨著時(shí)效時(shí)間增加，回火馬氏體中析出 相顆粒的密度增加。 2.釩對(duì)室溫、高溫短時(shí)力學(xué)性能的影響 釩含量變化對(duì)熱處理后 (10500.5h油冷+7703h空冷)試驗(yàn)鋼室溫和 650高溫拉伸強(qiáng)度的影響，如圖 2所示 ?？梢钥闯?，隨釩含 量增加，014和 019釩含量時(shí)，室溫抗拉強(qiáng)度 和屈服強(qiáng)度均較高，隨著釩含量增加， 室溫抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均逐漸降低。 650高溫抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均在 019釩含 量處出現(xiàn)峰值，隨釩含量增加，抗拉強(qiáng)度

5、和屈服強(qiáng) 度逐漸降低，但沖擊功沒(méi)有明顯變化，其值均為100J左右。 3.長(zhǎng)時(shí)時(shí)效對(duì) T122鋼室溫和高溫性能的影響 從時(shí)效前 (回火態(tài) )到時(shí)效 300 h，T122鋼 的 室溫和650高溫強(qiáng)度均逐漸下降；時(shí)效300h到 1000h之間強(qiáng)度值下降趨于緩慢；時(shí)效1000h以 后強(qiáng)度值趨于穩(wěn)定；時(shí)效1000h到3000h之間的 強(qiáng)度值沒(méi)有明顯變化。T122鋼的沖擊韌性的變 化規(guī)律與強(qiáng)度的變化規(guī)律相似，時(shí)效前(回火態(tài)) 到時(shí)效300h沖擊韌性逐漸下降：300h到1000h 沖擊韌性下降趨于緩慢；1000h以后沖擊韌性趨于穩(wěn)定。長(zhǎng)時(shí)時(shí)效1000h以后強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，釩含量變化對(duì) T122強(qiáng) 度的影響，隨

6、 釩含量增加，在 019釩含量處出現(xiàn)強(qiáng)度峰值，釩含量再增加，強(qiáng) 度下降。長(zhǎng)時(shí)時(shí)效鋼的沖擊韌性穩(wěn)定后，釩含量 變化對(duì)沖擊韌性影響較小，試驗(yàn)鋼沖擊韌性基本 為 40J。 4.釩對(duì) 650oC持久強(qiáng)度的影響 在不同應(yīng)力作用下，釩含量較低的鋼的持久斷裂時(shí)間比含釩量高的鋼的持久斷裂時(shí)間要長(zhǎng)，019V鋼的持久強(qiáng)度較高(圖3)。隨著持久斷裂時(shí)間的增加，019V鋼持久塑性變化最穩(wěn)定，持久塑性值也較高，釩含量較高的鋼持久塑性下降較快。 5 相分析結(jié)果 XRD衍射分析結(jié)合定量相分析結(jié)果見(jiàn)表 2， 析出相主要有 3類：M23C6相、MX相和 Laves相。 M23C6相和 Laves相時(shí)效前與時(shí)效3000h后含量變

7、化明顯。MX相含量均隨釩含量增加而增加， 時(shí)效3000h后M23C6相含量增加，1 、2 、3 鋼中析出 MX相略有增加，4 、5 鋼 MX相含量略有減 少。釩含量較高的 4 、5 鋼回火態(tài)沒(méi)有析出 Laves，但時(shí)效3000h后 Laves相析出量不同爐 號(hào)之間差別不大。鋼中釩含量的變化會(huì)引起各析出相中元素含 量發(fā)生變化(表 3)。釩在 MX相中占的比重較大，少量釩進(jìn)入C6相和 Laves相。C6相由 Fe、Mn、Ni、V、Cr、W、Mo、C、B和 N元素組成，釩含量 變化主要引起 C6相中 V、W、Mo含量變化，其 它元素沒(méi)有明顯變化。MX相由V、Nb、Ti、Cr、W、 Mo、C和N元素組

8、成，釩含量變化 MX相中V、C、N 含量變化，其它元素含量變化不大。Laves相由 Fe、Mn、Ni、V、Cr、W 和 Mo組成 ，釩含量變化引起 Laves中V、W、Mo含量變化。 2 鋼中析出相顆粒尺寸隨時(shí)效時(shí)間變化規(guī) 律，如圖4(a)所示。隨時(shí)效時(shí)間增加，019V鋼 從回火態(tài)到時(shí)效 300h時(shí)間內(nèi)，析 出相顆粒迅速 長(zhǎng)大；300h以后，長(zhǎng)大趨勢(shì)逐漸變緩；時(shí)效1000h 以后析出相顆粒平均尺寸逐漸趨于穩(wěn)定，沒(méi)有明 顯的長(zhǎng)大趨勢(shì)，顆粒平均尺寸在220nm左右。 2 鋼中顆粒尺寸小于 200nm的粒子質(zhì)量百分?jǐn)?shù)隨時(shí)效時(shí)間的變化規(guī)律，如 圖 4(b)所示。 200nm以下顆粒尺寸小，強(qiáng)化作用明顯。隨時(shí)效 時(shí)間增加，在 300h之前，析出顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)劇 降。300h到1000h，質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降較緩慢，1000 h以后逐漸穩(wěn)定，200nm以下析出顆粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)維持在 55左右。 3.結(jié)論 (1)試驗(yàn)鋼的顯微組織為回火馬氏體和 鐵 素體，鋼中的析出沉淀相有 3類： C6、MX及Laves相。 (2)隨著釩含量增加，使鋼中 鐵素體含量 增加，使室溫及高溫拉伸強(qiáng)度逐漸下降。隨釩含 量增加，650oC持久強(qiáng)度、持久塑性也逐漸下降， 01