Эволюция микроструктуры стали P92 при различных изотермических температурах
сталь Р92 в основном используется в сверхсверхкритических котлах, трубопроводах сверхвысокого давления и другом высокотемпературном и высоконапорном оборудовании. Сталь P92 находится в химическом составе стали P91 на основе добавления микроэлементов W и B, снижает содержание Mo, через границы зерен упрочненных и дисперсионно упрочненных различными способами, чтобы улучшить комплексные характеристики стали P92, сталь P92, чем сталь P91, имеет лучшую стойкость к окислению и коррозионную стойкость. Процесс горячей обработки имеет важное значение для производства стальных труб P92. Технология термической обработки может устранить внутренние дефекты, возникающие в процессе производства, и сделать характеристики стали соответствующими требованиям условий труда. Тип и состояние организации в процессе горячей обработки являются ключевыми факторами, влияющими на характеристики для соответствия стандарту. Таким образом, в данной статье анализируется организация стальной трубы Р92 при различных изотермических температурах с целью выявления эволюции организации стальной трубы Р92 при различных температурах, что не только обеспечивает информационную поддержку для анализа организации и контроля производительности фактического процесса горячей обработки, но и закладывает экспериментальную основу для разработки процесса горячей обработки.
1. Материалы и методы испытаний
1.1 Тестовый материал
Испытуемая сталь представляет собой трубу из стали P92 в рабочем состоянии (закалка 1060 ℃ + отпуск 760 ℃), ее химический состав показан в Таблице 1. Цилиндрический образец размером ϕ4 мм × 10 мм был вырезан в средней части готовой трубы в определенном месте вдоль направления длины, и для изучения трансформации ткани при различных температурах использовался измеритель расширения при закалке.
Таблица 1 Основной химический состав стали Р92 по массовой доле (%)
| Элемент |
С |
Си |
Мин. |
Кр |
Ни |
Мо |
В |
Ал |
Б |
Нб |
Вт |
Фе |
| % |
0.13 |
0.2 |
0.42 |
8.67 |
0.25 |
0.48 |
0.19 |
0.008 |
0.002 |
0.05 |
1.51 |
Баланс |
1.2 Процесс тестирования
Используя измеритель теплового расширения L78, нагревание до 1050 ℃ со скоростью 0,05 ℃/с, изоляция в течение 15 мин, охлаждение до комнатной температуры со скоростью 200 ℃/с. Измерьте критическую точку фазового перехода материала Ac1, которая составляет 792,4 ℃, Ac3 — 879,8 ℃, Ms — 372,3 ℃. Образцы нагревали до 1050 °C со скоростью 10 °C/с и выдерживали в течение 15 мин, а затем охлаждали до разных температур (770, 740, 710, 680, 650, 620, 520, 430, 400, 370, 340, 310, 280, 250, 190 и 160 °C) со скоростью 150 °C/с и выдерживали в течение разных периодов времени (620 °C и ниже в течение 1 ч, 620 °C и выше в течение 25 ч). 620 ℃ и выше выдерживали 25 ч), изотермический конец питания отключали, чтобы образец охлаждался на воздухе до комнатной температуры.1.3 Методы испытаний
После шлифовки и полировки поверхности образцов различными способами поверхность образцов подвергалась коррозии с использованием царской водки. Для наблюдения и анализа структуры использовались микроскоп AXIOVERT 25 Zeiss и сканирующий электронный микроскоп QWANTA 450; с помощью твердомера Виккерса HVS-50 (нагрузка 1 кг) проводились измерения твердости в нескольких местах на поверхности каждого образца, а среднее значение принималось за значение твердости образца.
2. Результаты испытаний и анализ
2.1 Организация и анализ различных изотермических температур
На рисунке 1 показана микроструктура стали P92 после полной аустенитизации при 1050 °C в течение разного времени при разных температурах. На рисунке 1(a) показана микроструктура стали P92 после изотермизации при 190 ℃ в течение 1 часа. Из рисунка 1(a2) видно, что ее организация при комнатной температуре представляет собой мартенсит (M). Из рисунка 1(a3) видно, что мартенсит демонстрирует реечные характеристики. Поскольку точка Ms стали составляет около 372 °C, фазовое превращение мартенсита происходит при изотермических температурах ниже точки Ms, образуя мартенсит, а содержание углерода в стали P92 относится к диапазону низкоуглеродистых составов; реечная морфология характеризует мартенсит.
На рисунке 1(а) показана микроструктура стали Р92 после 1 ч изотермической обработки при 190°С.
Рисунок 1(b) для микроструктуры стали P92 при 430 ℃ изотерма 1 ч. При повышении изотермической температуры до 430 °C сталь P92 достигает зоны бейнитного превращения. Поскольку сталь содержит элементы Mo, B и W, эти элементы оказывают незначительное влияние на бейнитное превращение, задерживая перлитное превращение. Поэтому сталь P92 при 430 ℃ изоляция 1 ч, организация определенного количества бейнита. Затем оставшийся переохлажденный аустенит преобразуется в мартенсит при охлаждении на воздухе.
Рисунок 1(б) для микроструктуры стали Р92 при 430 ℃ изотермически 1 ч
Рисунок 1(c) показывает микроструктуру стали P92 при 520 ℃ изотермически 1 ч. Когда изотермическая температура 520 ℃, легирующие элементы Cr, Mo, Mn и т. д., так что перлитное превращение ингибируется, начало точки превращения бейнита (точка Bs) снижается, поэтому в определенном диапазоне температур в зоне стабилизации появится переохлажденный аустенит. Рисунок 1(c) можно увидеть в изоляции 520 ℃ через 1 ч после того, как переохлажденный аустенит не произошел после превращения, с последующим воздушным охлаждением для образования мартенсита; конечная организация при комнатной температуре - мартенсит.
На рисунке 1(c) показана микроструктура стали P92 при 520 ℃ изотермически в течение 1 ч.
Рисунок 1 (d) для стали P92 при 650 ℃ изотермическая 25 ч микроструктура для мартенсита + перлита. Как показано на рисунке 1 (d3), перлит показывает прерывистые пластинчатые характеристики, а карбид на поверхности показывает выделение короткого стержня. Это связано с легирующими элементами стали P92 Cr, Mo, V и т. д. для улучшения стабильности переохлажденного аустенита в то же время, так что морфология перлита стали P92 изменяется, то есть карбид в перлитном теле карбида для короткого стержня, это перлитное тело известно как перлит класса. В то же время в организации было обнаружено много мелких частиц второй фазы.
Рисунок 1 (d) для стали P92 при 650 ℃ изотермическая 25 ч микроструктура мартенсит + перлит
Рисунок 1(e) показывает микроструктуру стали P92 при 740 ℃ изотермически 25 ч. При 740 °C изотермически сначала будет эвтектическое массивное выделение феррита, а затем эвтектический распад аустенита, что приведет к перлитоподобной организации. По сравнению с 650 °C изотермически (см. рис. 1(d3)), перлитная организация становится грубее по мере повышения изотермической температуры, и двухфазный характер перлита, т. е. феррит и карбурит в форме короткого стержня, четко виден.
На рисунке 1(e) показана микроструктура стали P92 при 740 ℃ изотермически в течение 25 ч.
Рис. 1(f) показывает микроструктуру стали P92 при изотермической температуре 770°C в течение 25 часов. При изотермической температуре 770°C с увеличением изотермического времени сначала происходит выделение феррита, а затем переохлажденный аустенит подвергается эвтектическому распаду с образованием феррит + перлитной организации. С увеличением изотермической температуры содержание первого эвтектического феррита увеличивается, а содержание перлита уменьшается. Из-за легирующих элементов стали P92, легирующие элементы растворяются в аустените, чтобы увеличить прокаливаемость аустенита, трудность эвтектического распада становится более обширной, поэтому должно быть достаточно длительное изотермическое время, чтобы осуществить его эвтектический распад, образование перлитной организации.
На рис. 1(е) показана микроструктура стали Р92 при изотермической температуре 770°С в течение 25 ч.
Анализ энергетического спектра был выполнен на тканях с различной морфологией на рис. 1(f2) для дальнейшей идентификации типа ткани, как показано в таблице 2. Из таблицы 2 можно увидеть, что содержание углерода в белых частицах выше, чем в других организациях, а легирующих элементов Cr, Mo и V больше, анализируя эту частицу на предмет частиц композитного карбида, осажденных в процессе охлаждения; сравнительно говоря, содержание углерода в прерывистой пластинчатой организации является вторым по величине, а содержание углерода в массивной организации является наименьшим. Поскольку перлит представляет собой двухфазную организацию из науглероживания и феррита, среднее содержание углерода выше, чем у феррита; в сочетании с изотермическим температурным и морфологическим анализом дополнительно определено, что пластинчатая организация является перлитоподобной, а массивная организация является первым эвтектическим ферритом.
Спектральный анализ стали P92, изотермически обработанной при 770 °C в течение 25 часов, записанный в табличном формате с атомными долями (%)
| Структура |
С |
Нб |
Мо |
Ти |
В |
Кр |
Мин. |
Фе |
Вт |
| Белые гранулы |
11.07 |
0.04 |
0.94 |
0.02 |
2.16 |
8.36 |
2.64 |
54.77 |
2.84 |
| Блочная структура |
9.31 |
0.04 |
0.95 |
0.2 |
0.32 |
8.42 |
0.74 |
85.51 |
10.21 |
| Многослойная структура |
5.1 |
0 |
0.09 |
0.1 |
0.33 |
7.3 |
0.35 |
85.65 |
0.69 |
2.2 Микротвердость и анализ
Вообще говоря, в процессе охлаждения легированных сталей, содержащих такие элементы, как W и Mo, в переохлажденном аустените происходят три вида организационных превращений: мартенситное превращение в низкотемпературной зоне, бейнитное превращение в среднетемпературной зоне и перлитное превращение в высокотемпературной зоне. Различные организационные эволюции приводят к разным твердостям. На рисунке 2 показано изменение кривой твердости стали P92 при различных изотермических температурах. Из рисунка 2 видно, что с повышением изотермической температуры твердость сначала показывает тенденцию к снижению, затем к повышению и, наконец, к снижению. Когда изотермическая температура составляет 160 ~ 370 ℃, происходит мартенситное превращение, твердость по Виккерсу от 516HV до 457HV. При изотермической температуре 400 ~ 620 ℃ происходит небольшое количество бейнитного превращения, и твердость 478HV увеличивается до 484HV; из-за небольшого бейнитного превращения твердость не сильно меняется. При изотермической температуре 650 ℃ образуется небольшое количество перлита, с твердостью 410HV. при изотермической температуре 680 ~ 770 ℃ происходит образование феррит + перлитной организации, твердость от 242HV до 163HV. из-за превращения стали Р92 при разных температурах в организации перехода различна, в области низкотемпературного мартенситного превращения, когда изотермическая температура ниже точки Ms, с повышением температуры содержание мартенсита уменьшается, твердость уменьшается; в середине превращения стали P92 при различных температурах, когда изотермическая температура ниже точки Ms, с повышением температуры содержание мартенсита уменьшается, твердость уменьшается; в области среднетемпературного бейнитного превращения, поскольку величина бейнитного превращения мала, твердость не сильно меняется; в области высокотемпературного перлитного превращения, с повышением изотермической температуры, содержание первого эвтектического феррита увеличивается, так что твердость продолжает снижаться, поэтому с повышением изотермической температуры твердость материала, как правило, имеет тенденцию к снижению, а тенденция изменения твердости и анализ организации соответствуют этой тенденции.
Изменение кривых твердости стали Р92 при различных изотермических температурах
3. Заключение
1) Критическая точка Ac1 стали P92 составляет 792,4 ℃, Ac3 — 879,8 ℃, а Ms — 372,3 ℃.
2) Сталь P92 при различных изотермических температурах для получения комнатной температуры имеет различную организацию; при изотермии 160 ~ 370 ℃ в течение 1 часа при комнатной температуре образуется мартенситная структура; при изотермии 400 ~ 430 ℃ в течение 1 часа образуется небольшое количество бейнита + мартенсита; при изотермии 520 ~ 620 ℃ в течение 1 часа структура относительно стабильна, в течение короткого периода времени (1 час) превращения не происходит, при комнатной температуре образуется мартенситная структура; при изотермии 650 ℃ в течение 25 часов при комнатной температуре образуется перлитная структура. 25 часов при комнатной температуре образуется перлитная структура + мартенситная структура; при изотермии 680 ~ 770 ℃ в течение 25 часов структура превращается в перлит + первый эвтектический феррит.
3) Аустенитизация стали P92 в Ac1 ниже изотермической, с понижением изотермической температуры твердость материала в целом имеет тенденцию к увеличению, изотермическая при 770 ℃ после возникновения первых выделений эвтектического феррита, перлитного превращения, твердость самая низкая, около 163HV; изотермическая при 160 ℃ после возникновения мартенситного превращения, твердость самая высокая, около 516HV.
