用于蒸汽轮机叶片的CrNi马氏体不锈钢的应力腐蚀裂纹

   日期:2020-09-01     来源:互联网    作者:中国铸造网    浏览:1428    评论:0    
核心提示:世界的大多数国家是通过火力来发电的,它一般是指利用煤炭、石油和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水,

世界的大多数国家是通过火力来发电的,它一般是指利用煤炭、石油和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水,使水产生过热蒸汽,然后再由蒸汽旋转气轮机发电。为了使发电厂效率最大化,一般有一系列高压、中压和多级低压气轮机,蒸汽通过每阶段时利用它的热量和压力。在低压气轮机中输入温度约为230℃/3bar,经过一些叶栅后降低到约40℃/75mbar的输出状态。

在低压气筒中用于气轮机叶片的合金要求具有高强度和高的抗应力腐蚀能力。典型的钢种含有10~15wt%的Cr和2~6wt%Ni、添加Mo、V、Cu和/或Nb。它们具有马氏体结构并进一步析出硬化。

应力腐蚀裂纹长大过程中,在裂纹内生成氧化物。该氧化物的厚度主要与时间和温度有关,并随着裂纹的长度而变化。研究的焦点是表征用于低压气轮机叶片和转子的12wt%Cr马氏体不锈钢中裂纹内的氧化物,目的是为了通过服役时间、氧化物厚度和形态来计算裂纹的起始时间。

研究用的马氏体钢商业名称为FV520B,详细的化学成分见表1。为了揭示主要的应力腐蚀裂纹的表面,把应力腐蚀试验的试样暴露在95℃经冷凝的蒸汽中7.5、13.0和98.3kh、冷却、机械断成两部分。用光学显微镜和电子显微镜,EDS(X-射线光谱学)和EBSD(电子背散射衍射)检验试样。

 

表1  FV502B的化学成分

元素

C

Cr

Ni

Mn

Mo

Cu

Si

Nb

P

S

wt%

<0.07

11.0-

13.0

5.0-

6.0

<1.0

1.2-

2.0

1.4-

2.1

<0.7

0.15-

0.30

<0.025

<0.015

检验结果表示:虽然试样1暴露的时间比较短,但试样1的裂纹比试样2长,所以说应力腐蚀裂纹长度不仅仅是由于暴露时间所造成。因为所有的试样在x、y和z平面上有均匀马氏体显微结构,所以裂纹长度的变化与基底显微结构没有关系。试样1在缺口端部有较高的起始应力强度,可促进更早的裂纹形成,导致一样的暴露时间下形成较长的裂纹。用SEM和EDS测定横截面中的裂纹显示两种氧化物:一种是在裂纹延长时造成的两个新的面之间形成;另一种渗透在新的裂纹表面下的基底里。裂纹中的氧化物被认为富铁,而裂纹面下的氧化层由较深的富铬和富锰的渗透层上部的富铁层组成。确定试样3中从裂纹端部到裂纹起源的氧化物形态的形成和暴露时间有关。希望进一步研究,用这种方法可以计算在服役时发现的应力腐蚀裂纹的起始时间。(心远)


 
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