影響zg06cr13ni4mo不銹鋼材料抗低溫沖擊能力的因素

影響zg06cr13ni4mo不銹鋼材料抗低溫沖擊能力的因素

作為制造商的最大材料，該展臺在今天是最困難的、最具代表性的材料之一。材料為zg06gr13ni4mo不銹鋼。由于葉片在操作過程中遭受的較大壓力、重力負荷和疲勞負荷的影響，其質(zhì)量要求非常高。除了傳統(tǒng)的化學成分和力學性外，還需要進行零度侵蝕、彎曲試驗和耐脆轉(zhuǎn)變溫度的檢測。筆者通過對ZG06Gr13Ni4Mo不銹鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度的檢測,分析了檢測結果的影響因素。1試驗方法及試樣利用ZG06Cr13Ni4Mo材料試制試樣,1號試樣的鑄態(tài)組織中有δ-Fe,2號試樣中無δ-Fe,兩試樣均采用正火及二次回火熱處理。試驗方法根據(jù)GB/T229-2007,采用V型缺口試樣,冷卻溫度、恒溫時間等參數(shù)均按標準要求執(zhí)行。測量試樣在不同溫度下恒溫后的沖擊功,每一溫度檢測3組試樣,然后求出沖擊斷口的脆性斷裂面積率,繪出溫度與沖擊吸收功和脆性斷裂面積率曲線,最后求沖擊功在20.6J時的溫度,定義為此材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。2結果表明，抗脆試驗的結果1號、2號試樣的化學成分分析結果如表1所示,力學性能測試結果如表2所示。2.11沖擊韌性測試由表2可知,1號試樣0℃沖擊功為67.3J,小于訂貨技術要求。對1號試樣進行不同溫度下沖擊功的檢測,測量斷口的脆性斷裂面積率及側膨脹值,以橫坐標作為沖擊溫度,左側縱坐標作為沖擊吸收功,右側縱坐標作為脆性斷裂面積率,做出沖擊吸收功和脆性斷裂面積率隨溫度的變化曲線,如圖1所示,得到?jīng)_擊功為20.6J時所對應的溫度約為-120℃。圖1說明隨溫度降低,沖擊吸收功降低,材料韌性降低,脆性斷裂面積率增加,側膨脹值減小。圖2為1號試樣各溫度沖擊斷口的宏觀形貌,根據(jù)GB/T12778-2008測量得到-40,-80,-120,-140℃下的脆性斷裂面積率分別為57%,66%,75%,100%。也說明隨著溫度降低,脆性斷裂面積率增加。結合表2中0℃沖擊功低于規(guī)范要求,說明此材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度仍較高,抗低溫沖擊能力較低,無法在更低的溫度下工作。對1號試樣進行金相檢驗,如圖3所示,可見0℃沖擊斷口的顯微組織為回火馬氏體+白色10%δ-Fe。另外對與1號試樣同時澆注的鑄態(tài)試樣進行金相檢驗,發(fā)現(xiàn)晶界也分布有大量網(wǎng)狀δ-Fe,如圖4所示,說明組織中白色δ-Fe在熱處理中難以消除,并影響材料的沖擊韌度,造成材料抵抗低溫脆性的能力下降,使韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。從沖擊斷口縱向取樣進行金相檢驗,如圖5所示,可見裂紋沿δ-Fe相擴展,由此預判影響韌脆轉(zhuǎn)變溫度的因素是基體材料中含有δ-Fe,導致沖擊韌度降低,為此制作2號試樣進行驗證。2.22材料的力學性能根據(jù)1號試樣的檢測結果調(diào)整化學成分,適當提高鎳當量(Nieq)和鉻當量(Creq),使奧氏體(γ)區(qū)相對擴大并穩(wěn)定,在高溫下抑制δ-Fe的生成,使鑄態(tài)下完全生成馬氏體,即2號試樣。對2號試樣進行金相檢驗,可見組織為板條狀回火馬氏體,未發(fā)現(xiàn)δ-Fe,如圖6所示。并對與2號試樣同時澆注的其他鑄態(tài)試樣進行金相檢驗,也未發(fā)現(xiàn)δ-Fe,如圖7所示,由此說明鑄態(tài)組織是保證此材料性能的基礎,再次驗證δ-Fe是無法靠熱處理消除的。2號試樣的韌脆轉(zhuǎn)變溫度測量結果如圖8所示,可見隨溫度降低,沖擊吸收功降低,脆性斷裂面積率提高,側膨脹值減小,沖擊功達20.6J時所對應的溫度為-173℃,具有良好的抗低溫沖擊性能。與1號試樣相比,材料性能明顯得到提升,這是因為δ-Fe的硬度約為170HB,相對于馬氏體是軟相,基體連續(xù)性被破壞,裂紋沿δ-Fe迅速擴展,降低了沖擊韌度。圖9為2號試樣各溫度沖擊斷口的宏觀形貌,根據(jù)GB229-2007測量,在-40℃時脆性斷裂面積率仍為0,仍是韌性纖維斷口;-80℃時出現(xiàn)15%左右的脆性斷裂面積率;-120℃出現(xiàn)較明顯的脆性斷裂面積率,約為65%;檢測到-180℃時的脆性斷裂面積率才達到100%,而1號試樣在-140℃時的脆性斷裂面積率就達到100%。對比2號試樣與1號試樣的檢測結果可知,在同等低溫條件下,2號試樣的脆性斷裂面積率較低,其低溫韌度遠高于1號試樣的低溫韌度。3-必須保留一定的韌性斷口b用掃描電鏡對2號試樣的沖擊斷口進行觀察。從圖10(a)所示的0℃斷口形貌中任取一視場放大,如圖10(b)所示,可以看到典型的韌窩狀形貌,說明0℃時此材料完全為韌性斷口;對圖11(a)所示的-120℃斷口形貌放大,可以看到一部分為脆性解理斷口,如圖11(b)所示;一部分為韌窩狀斷口,如圖11(c)所示,說明2號試樣在-120℃時仍保留一定韌性。到-180℃時2號試樣完全為脆性斷裂,如圖12所示。4熱處理無法消除-fe(1)δ-Fe會嚴重影響ZG06Cr13Ni4Mo不銹鋼材料的韌性,降低材料抗低溫沖擊的能力。(2)δ-Fe只能靠優(yōu)化化學成分、提高鎳當量(Nieq)與鉻當量(Creq)、擴大奧氏體區(qū)來消除,熱處理