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2、硬度与最小蠕变速率之间的关系 最小蠕变速度与蠕变断裂寿命之间的关系可以用Monkman?Grant经验公式描述: Cr-Mo-V转子钢的Monkman?Grant关系 Cr-Mo-V转子钢最小蠕变速度 和硬度HV的关系曲线 第四章 长期在高温条件下金属材料 组织结构与性能的变化 珠光体的球化和碳化物聚集 1、珠光体的球化 定义:当温度较高时,原子的活动力增强,扩散速度增加,片状渗碳体便逐渐转变成球状,再逐渐聚集成大球团的现象。 20号钢珠光体球化金相组织图 (a)未球化(原始态)组织250×; b 球化后的组织500× 2、球化对金属材料性能的影响 (1)对室温机械性能的影响 珠光体球化会使材料的室温强度降低 (2)对高温机械性能的影响 珠光体球化会使材料的的蠕变极限和持久强度明显下降 3、影响珠光体球化的因素 温度的影响 化学成分的影响 应力作用的影响 晶粒度的影响 冷加工变形程度 4、珠光体球化的级别 球化级别的划分的依据: 是以球化的组织状态和相应的机械性能来表示。 5、材料发生球化后的恢复处理 已发生球化的钢可采用热处理的方法使之恢复原来的组织。将已发生球化的珠光体钢加热到完全变成奥氏体组织的温度(略高于900℃),保温一定时间(约1小时左右),由于相变与再结晶,在冷却后可得到原来的金相组织,从而消除了球化现象 石墨化 1、石墨化的产生及对材料性能影响 定义:是指钢中的渗碳体分解成为游离碳,并以石墨形式析出,在钢中形成石墨夹杂的一种组织转变。 性能:石墨化现象的发生会使钢材性能恶化,脆性急剧增大,容易导致钢管发生脆性爆破事故。 石墨化条件: 高温、应力、温度(450℃~700℃) 反应式: (石墨) 组织变化过程: 片状渗碳体→球状渗碳体→分解为石墨点 →长大成球→逐渐发展为球状、团絮状和链状 2、石墨化的级别 钢材石墨化按石墨化面积、石墨链的长度、组织特征及其机械性能,通常将石墨化分为4级: 1级—轻度石墨化 2级—明显石墨化 3级—显著石墨化 4级—严重石墨化 石墨化的级别对应的机械性能 石墨化的级别对应的组织特征 石墨化评级图 a 1级; b 2级; c 3级; d 4级 3、石墨化的影响因素 温度、时间 化学成份:铬、钛、钒、铌等防止石墨化。硅、铝、镍等却起促进石墨化。 晶粒大小 冷加工变形程度等存在的应力问题 合金元素在固溶体和碳化物 之间的重新分配 1、合金元素的重新分配过程 定义:合金元素随时间由一种组织组成物向另一种组织组成物转移的现象 分配特点:固溶体中合金元素的含量逐渐减少,碳化物中合金元素含量逐渐增多,即合金元素由固溶体向碳化物转移,使固溶体中合金元素贫化。 性能变化:钢的固溶强化作用显著降低,同时沉淀强化的作用也减弱,因此材料的强度、蠕变极限和持久强度下降 影响因素:温度、时间、成分(特别是含碳量)、应力 发生原因: 合金元素原子溶入铁素体→固溶体→ 产生晶格畸变→ 晶格不稳定→在高温的作用下→ 合金元素原子从固溶体中转移到结构比较稳定的碳化物中→ 固溶体的贫化 合金元素的重新分配过程包含两个方面: 固溶体和碳化物中合金元素含量的变化,亦即碳化物成分的变化; 碳化物结构类型、数量和分布形式的变化。 2、固溶体和碳化物中合金元素成分的变化 (1)低合金铬钼钢 a 15CrMo钢 b 12MoCr钢 管道用钢碳化物中的钼质量分数与运行时间的关系 更正 (2)低合金铬钼钒钢 3、碳化物结构类型、数量和分布的变化 变化的原因:是使碳化物由亚稳定相向稳定相转变 碳化物的形状: 当晶粒内部析出细小的针状 时,钢的热强性提高;当细小的聚集粗大时,热强性降低。 碳化物的分布状态: 碳化物首先在晶界析出,使晶界性质发生较大的改变;当碳化物聚集在晶界上呈连续膜状时,削弱了晶界强度,从而产生蠕变裂纹,甚至造成沿晶脆性断裂。 材质退化对低周疲劳特性的影响 1、汽轮机转子材料的软化特性 运行140,000小时的汽轮机高、中压转子的软化 2、硬度与低周疲劳特性之间的关系 Timo曲线 曲线 30Cr2MoV钢曲线 材质退化对蠕变特性的影响 转子的运行温度和断裂时间仍然可以用Larson-Miller参数P描述: Larson-Miller参数P与HV存在有下述关系: 1、硬度与蠕变断裂特性之间的关系 不同硬度下的Cr-Mo-V转子钢的蠕变断裂曲线
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