X12CrMoWVNbN10-1-1 čelik otporan na toplinu široko se koristi u proizvodnji velikih odljevaka i otkovaka kao što su rotori ultra-superkritičnih parnih turbina, tijela glavnih parnih ventila i diskovi plinskih turbina. To je tipičan (9 do 12 posto) Cr (maseni udio) čelik otporan na toplinu, s niskim koeficijentom toplinskog širenja, visokom toplinskom provodljivošću, dobrim performansama puzanja pri visokim temperaturama i otpornošću na koroziju. Ima veliku izdržljivost na oko 600 stepeni i široko se koristi u proizvodnji visokotemperaturnih servisnih komponenti ultra-superkritičnih generatora, na primjer, velikih odljevaka i otkovaka kao što su rotori visokog pritiska i tijela parnih ventila u jedinicama parne turbine [1]. Međutim, u praktičnim primjenama utvrđeno je da je istezanje čelika X12CrMoWVNbN10-1-1 na 400 stepeni niže od sobne temperature, te da je njegova plastičnost loša. Ovo očito ne vodi raširenoj primjeni čelika X12CrMoWVNbN10-1-1 u praktičnoj proizvodnji unutar šireg temperaturnog raspona, što predstavlja opasnost po sigurnost proizvodnje
Trenutno su se mnogi domaći i strani istraživači fokusirali na proces toplinske obrade X12CrMoWVNbN10-1-1 čelika Yang Gang et al. [2] proučavao je utjecaj brzina hlađenja kaljenja i otpuštanja na mehanička svojstva čelika na sobnoj temperaturi. Chilukuru [3] je proučavao uticaj taloženja i grubosti karbonitrida na snagu puzanja tokom dugotrajnog puzanja na visokim temperaturama na 650 stepeni. G Kutz et al. [4] proučavao je utjecaj procesa zagrijavanja na taloženje faza ojačanja u čeliku. Tao et al. [5] Proučavan je uticaj visokotemperaturnog kaljenja iznad 570 stepeni na taloženje precipitiranih faza u ovom čeliku. Međutim, bilo je malo istraživanja o mehaničkim svojstvima čelika X12CrMoWVNbN10-1-1 u temperaturnom rasponu od oko 400 stepeni. U ovom radu su izvršena mehanička ispitivanja na čeliku X12CrMoWVNbN{14}} na 300~600 stepeni, a mikrostruktura vlačnih uzoraka na različitim temperaturama je uočena i analizirana kako bi se istražio uticaj 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 hemijski sastav je prikazan u tabeli 1. Tijelo ventila je topljeno u alkalnoj električnoj peći, rafinirano u kutlač, i rafiniran u vakuum indukcionoj peći, a zatim bačen u livenje na oko 1560 stepeni. Nakon termičke obrade, proizveden je. Proces toplinske obrade je 1 050 stepen hlađenja peći za žarenje plus 1 100 stepen normalizirajućeg hlađenja zraka plus kaljenje od 740 stepeni.
Izrezani od eksperimentalnog materijala φ 5 mm × 25 mm vlačni uzorci podvrgnuti su zateznom ispitivanju na SANS univerzalnoj mašini za ispitivanje u uslovima visoke temperature od 300, 350, 400, 450, 500, 600 stepeni. Ispitivanje prolaznog zatezanja na visokoj temperaturi provedeno je u skladu sa standardima navedenim u GB/T4338-2006 Ispitivanje zatezne visoke temperature metalnih materijala, sa vrijednostima od 2 × Izvršiti ispitivanje zatezanja pri brzini deformacije od 10-4s -1. Tokom prolaznog zateznog ispitivanja na visokoj temperaturi, prvo zagrijte uzorak zatezanja na ispitnu temperaturu na 10 stepeni/min i držite ga na ovoj temperaturi 1 sat prije nego što izvršite jednoosno ispitivanje zatezanja. Zatim, posmatrajte morfologiju loma zateznog uzorka i uzmite uzorak blizu loma za mikroskopsko posmatranje i analizu
Uzorak je sukcesivno poliran sa 400 # do 2000 # abrazivnim papirom i poliran. Nakon poliranja, nagrizana je mješavinom od 5 g FeCl3, 25 mL HCl i 25 mL etanola. Metalografska struktura je posmatrana pod metalografskim mikroskopom OLYMPUS DSX500. Skenirajuća struktura i vlačni lom promatrani su pomoću Zeiss Ultra Plus emisionog skenirajućeg elektronskog mikroskopa. Rez debljine 0,5 mm je isečen duž poprečnog preseka oko 5 mm od loma i izbrušen na 50 mm µM debljine, izbušen φ Kružna ploča od 3 mm istanjena je metodom elektrolitičkog poliranja sa dvostrukim mlazom za pripremu TEM uzorka. Elektrolit je bio miješani rastvor (volumenski udio) od 95 posto CH3COOH i 5 posto HClO4, a temperatura elektrolize je bila ispod - 30 stepena. TEM posmatranja su obavljena na transmisionom elektronskom mikroskopu FEI Tecnai G20.
2. Rezultati i diskusija
Rezultati ispitivanja zatezanja pri visokim temperaturama čelika X12CrMoWVNbN10-1-1 mogu se vidjeti da unutar temperaturnog raspona ispitivanja, kada je temperatura ispod 400 stepeni, čvrstoća materijala polako opada, pa čak i kada je zatezna čvrstoća na 350 stepena, postoji blagi porast. Kako temperatura raste, brzina smanjenja čvrstoće se postepeno povećava. Za razliku od promjene vrijednosti čvrstoće, u rasponu od 300 do 600 stepeni, izduženje materijala prvo opada, a zatim brzo raste, pri čemu je istezanje na 400 stepeni 14,2 posto, minimalno dostignuto.
Morfologija vlačne površine loma X12CrMoWVNbN10-1-1 čelika na nekim temperaturama. Unutar raspona temperature ispitivanja, način loma materijala je duktilni lom, s velikim brojem udubljenja raspoređenih na površini loma. Površina loma uzoraka na 300 stepeni i 400 stepeni ima male i guste rupice, ali se neke velike udubljenja pojavljuju u uzorcima na 300 stepeni, što ukazuje na dobru žilavost. Nakon porasta temperature na 500 stepeni, veličina udubljenja se značajno povećava, što ukazuje da se žilavost postepeno povećava i postoji dobar odgovarajući odnos između zateznog loma i promjene plastičnosti materijala.
