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2015年11月11日熱處理展-工業爐展-heat treatment expo-furnace expo

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本文對水輪機轉輪葉片用超級馬氏體不銹鋼00Cr13Ni4Mo在8種不同熱處理狀態下的力學性能與抗磨蝕性能進行研究，目的在于研究不同熱處理對00Cr13Ni4Mo鋼的力學性能與抗磨蝕性能的影響與其之間的關系。通過對材料進行掃描電鏡、透射電鏡分析，硬度與沖擊試驗，沖刷磨損試驗，發現了00Cr13Ni4Mo鋼在600℃左右范圍內回火后會產生逆變奧氏體，逆變奧氏體會降低材料的強度與硬度，增加韌性，并且00Cr13Ni4Mo鋼的抗磨蝕性能主要與硬度有關，其沖擊韌性對抗磨蝕性能亦有影響。掌握了獲得其綜合力學性能與抗磨蝕性能最優的熱處理工藝。經過綜合性能考慮表明，該材料經1050 ℃正火+550 ℃回火后綜合性能最佳。
成果內容提要：
水輪機轉輪葉片屬于水輪機的核心部件之一，而水輪機轉輪的葉片、上冠、下環及導葉作為重要的過流部件，在水輪機的運行過程中最主要的承受水的沖擊、泥沙的磨蝕。所以水輪機轉輪葉片所采用的材料應兼具良好的綜合力學性能、鑄造性能、可焊性以及耐沖刷磨損性能，其性能的優劣直接關系到水輪發電機組的服役壽命與安全運行。因此，選用性能優良水輪機葉片材料是改造水電站的重點。
超級馬氏體不銹鋼是在傳統馬氏體不銹鋼基礎上將碳含量嚴格控制在0.03%以下，并且提高鎳含量的一種新型馬氏體不銹鋼。相對于傳統的低碳馬氏體不銹鋼，超級馬氏體不銹鋼不但具有良好的塑韌性與較高的強度和硬度，而且具有較高的斷裂韌性、水下疲勞強度以及抗磨蝕等性能。這些優良的性能，對于水輪機轉輪葉片的抗磨蝕性能具有較高的提升。馬氏體鋼經過正火后，能夠得到板條馬氏體，并經一定溫度回火后，進一步得到回火馬氏體能夠明顯影響與改善材料的綜合性能。前人研究超級馬氏體不銹鋼在1050 ℃正火并且在500 ℃~700 ℃間回火，只關注其微觀組織與力學性能，并未研究其抗磨蝕。研究對超級馬氏體不銹鋼00Cr13Ni4Mo進行正火后一次回火并且選取部分溫度進行二次回火，對8種不同熱處理下材料的硬度，沖擊韌性與抗磨蝕性能關系進行了詳細探討與研究。
超級馬氏體不銹鋼在550 ℃~650 ℃回火后，會產生逆變奧氏體，其在透射電鏡下呈黑色長條與塊狀，經常分布在馬氏體板條邊界以及奧氏體晶界處，長度為102 nm ~103nm，寬約為100 nm。逆變奧氏體會降低材料的強度和硬度，增加韌性。當一次回火溫度達到700 ℃時，逆變奧氏體附近富集的Ni元素擴散程度增加，Ni的偏析降低，冷卻過程中逆變奧氏體轉變為新生馬氏體，材料中幾乎不存在逆變奧氏體，所以硬度升高。
00Cr13Ni4Mo鋼在500 ℃～700 ℃范圍一次回火后，隨著溫度上升硬度值呈先降后升。二次回火較同溫度一次回火后硬度普遍下降。在500 ℃～700 ℃范圍一次回火后韌性呈先升后降；二次回火處理對于鋼的韌性影響較小。
00Cr13Ni4Mo鋼的累積失重量曲線呈類拋物線型，隨時間的增加累積失重量增大，累積失重率不斷降低。根據材料磨蝕規律可知，對于兩體磨損來說，材料硬度的高低決定了其耐磨性的優劣。因此，超級馬氏體不銹鋼的抗磨蝕性與材料硬度之間關系緊密，通常材料的硬度越高，其累積失重量越低，抗磨蝕性越好。研究發現00Cr13Ni4Mo鋼在500 ℃回火后硬度最高，韌性較差，550 ℃回火后硬度次高，韌性良好，并且550 ℃回火后材料的抗磨蝕性能最優，而500 ℃回火后材料的抗磨蝕性能排第二。所以能夠發現00Cr13Ni4Mo鋼的抗磨蝕性能主要與硬度有關，其沖擊韌性對磨蝕性能亦有影響。
00Cr13Ni4Mo鋼在二次回火較同溫度一次回火的硬度略有降低，且抗磨蝕性未見提高。從材料性能和經濟性方面綜合考慮，00Cr13Ni4Mo鋼經1 050 ℃正火+550 ℃一次回火為最佳的熱處理工藝。

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