護(hù)環(huán)用1Mn18Cr18N鋼的組織和性能

  護(hù)環(huán)是通過(guò)熱套安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上,對(duì)轉(zhuǎn)子端部繞組起著固定、保護(hù)、防止變形、位移和偏心作用。以往汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)組護(hù)環(huán)采用的材料為50Mn18Cr4、50Mn18Cr4WN、50Mn18Cr5等,但是這些材料對(duì)潮濕空氣非常敏感,常常發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。而現(xiàn)在普遍采用1Mn18Cr18N奧氏體不銹鋼,這種材料由于低碳和高鉻的成分特點(diǎn)使其具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,同時(shí)由于氮元素的加入擴(kuò)大了室溫下奧氏體相區(qū),使其不出現(xiàn)鐵磁性。為了解熱套溫度對(duì)護(hù)環(huán)鋼1Mn18Cr18N組織和性能的影響,在不同的熱處理制度下進(jìn)行護(hù)環(huán)鋼的高溫(100℃)拉伸試驗(yàn)和室溫沖擊試驗(yàn),并借助掃描電鏡和金相顯微鏡對(duì)斷口和顯微組織進(jìn)行分析,以研究護(hù)環(huán)鋼裂紋萌生及擴(kuò)展斷裂機(jī)理。

  試驗(yàn)所用1Mn18Cr18N奧氏體不銹鋼取自某公司生產(chǎn)的護(hù)環(huán)切向部位,利用紅外碳硫儀(CS800)、等離子光譜儀(ICAP6300)和直讀光譜儀(Metal75-80)測(cè)得其主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)為C0.079,Si0.21,Mn18.54,P0.017,S0.005,Cr18.82,Ni0.14,N0.62,余量Fe。

  分別將試樣隨爐(SGH28-92A箱式電阻爐)加熱到100、200、300、400、500、550和600℃,并保溫1h,空冷。采用OLYMPUS-PMG3金相顯微鏡及S-3700高分辨掃描電鏡觀察試樣的顯微組織。試樣經(jīng)砂紙打磨(200、400、600目)、機(jī)械拋光(顆粒度為2.5μm的金剛石噴霧劑)后,用10%過(guò)飽和草酸溶液進(jìn)行電解腐蝕。采用SHIMADZUAG-1型萬(wàn)能電子拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行100℃的高溫拉伸試驗(yàn),拉伸試樣取自護(hù)環(huán)中環(huán)切向部位,為直徑Φ5mm,標(biāo)距25mm的M10螺紋拉伸試樣。沖擊試驗(yàn)在JB300D沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,沖擊試樣取自護(hù)環(huán)內(nèi)切向部位,為標(biāo)準(zhǔn)夏比沖擊V型缺口沖擊試樣,尺寸為10mm×10mm×55mm。

  結(jié)果表明:隨加熱溫度的提高,晶粒內(nèi)部滑移線變少,在500℃至600℃晶界及滑移線析出相由點(diǎn)狀或鏈狀向半網(wǎng)狀或全網(wǎng)狀析出;析出物的產(chǎn)生對(duì)1Mn18Cr18N鋼的力學(xué)性能影響顯著,當(dāng)加熱溫度提高到500℃(550℃),析出相彌散分布對(duì)沖擊(拉伸)性能起到一定的強(qiáng)化作用,當(dāng)加熱溫度提高到600℃,全網(wǎng)狀析出相使晶界弱化造成1Mn18Cr18N鋼的拉伸及沖擊性能急劇下降。斷口分析表明,隨加熱溫度的提高,1Mn18Cr18N鋼斷裂形式由韌性斷裂向準(zhǔn)解理斷裂和脆性斷裂形式轉(zhuǎn)變。