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X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢汽轮机转子用钢的化学成分、组织和高温力学性能
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司
更新时间：2013-07-18
为提高火电机组的发电效率，汽轮机的蒸汽温度和压力越来越高。目前，超超临界汽轮机的蒸汽温度达到600℃、蒸汽压力达到30MPa，这种工作环境对材料性能的要求极高。为此，世界发达国家制定了一系列的研究计划来开发满足这种要求的新型材料。X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢是欧洲COST501计划在X21CrMoV12-1基础上通过添加Nb、N和W元素和调整其强化元素的含量于20世纪80年代研发出的汽轮机转子用钢。该钢在600℃有较高的持久强度，在欧洲广泛应用于制作超超临界汽轮机叶片、转子和燃气轮机涡轮盘大锻件。为更好地理解该钢的显微组织和力学性能特点，国内许多研究者对该钢的热处理工艺和组织转变规律进行了研究。
实验研究的X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢化学成分见表1。试验钢经1075℃×1h油冷淬火+570℃×4h，空冷一次回火+720℃×2h，空冷二次回火处理后加工成标准持久拉伸试样。在万能材料试验机上测试不同温度下的高温瞬时拉伸性能。在CSS-3905型电子蠕变试验机测试600～650℃/300～140MPa条件下的持久性能，并采用Larson-Miller参数法估算该试验钢的高温持久强度。采用金相显微镜、带能谱分析的扫描电镜等手段对试验材料进行显微组织分析。采用碳复型技术在透射电镜下观察纳米析出相的微观形貌。
表1 试验钢的化学成分（质量分数，%）
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C
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Si
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Mn
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S
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P
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Cr
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Ni
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Mo
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0.13
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0.068
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0.44
|
0.0037
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0.0086
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10.37
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0.73
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1.02
|
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W
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V
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Nb
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N
|
Al
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O
|
Fe
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1.01
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0.20
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0.053
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0.054
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＜0.005
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0.0019
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余量
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结果表明：该钢经1075℃×1h油冷淬火+570℃×4h，空冷一次回火+720℃×2h，空冷二次回火处理后的显微组织为典型的回火板条状马氏体组织，在原奥氏体晶界和板条界分布M23C6型碳化物，在马氏体板条内分布有纳米尺寸的MX相，此外还有少量在淬火加热时未溶解的尺寸达到0.6μm的残余MX相；在500～650℃范围内抗拉强度和屈服强度随试验温度的升高而降低，伸长率和断面收缩率随试验温度的升高而升高；持久强度与Larson-Miller参数P=T（25+lg（tf））/1000之间符合抛物线关系。
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