固態(tài)相變工程實例介紹課件

固態(tài)相變工程實例介紹I.軋機(jī)支承輥熱處理相變組織II.汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子組織與冷速的關(guān)系III.鍋爐管道爆裂原因分析固態(tài)相變工程實例介紹I.軋機(jī)支承輥熱處理相變組織合金固態(tài)相變工程實例一:

軋機(jī)支承輥熱處理相變組織

合金固態(tài)相變工程實例一:

軋機(jī)支承輥熱處理相變組織

3軋機(jī)是實現(xiàn)金屬軋制過程的設(shè)備。支承輥為軋機(jī)上的重要部件，為軸類鍛件.冷熱連軋機(jī)支承輥直徑通常在1250～1630mm,輥身長度1400～2300mm,鍛件直徑較大,鍛件重20～70t,所用鋼錠在69～119t

支承輥3軋機(jī)是實現(xiàn)金屬軋制過程的設(shè)備。

支承輥4支承輥4支承輥典型支承輥51.基本要求：表面硬度高/耐磨、心部硬度低/韌性好2.性能要求輥身表面硬度HS62±3，輥頸硬度HS43±3，淬硬層深度75mm3.典型材質(zhì)：

45Cr4NiMoV(Cr4)4.加工流程真空鑄錠(VT)→水壓機(jī)鍛造→鍛后熱處理→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→差溫加熱噴霧→回火→精加工→包裝、發(fā)運(yùn)典型支承輥51.基本要求：2.性能要求3.典型材質(zhì)：4.加61.鍛后熱處理：正火，球化退火，回火—利于切削加工2.預(yù)備熱處理：調(diào)質(zhì)（950℃，15h油淬+回火）—保證輥頸硬度和綜合力學(xué)性能支承輥的熱處理預(yù)備熱處理曲線3.最終熱處理：火焰表面加熱970℃,2h噴霧冷卻+560℃，48h回火—滿足表面組織性能要求61.鍛后熱處理：正火，球化退火，回火—利于切削加工支承輥的CCT圖7Cr4鋼靜態(tài)CCT圖CCT圖7Cr4鋼靜態(tài)CCT圖相變模擬中冷速對組織的影響80.10.250.010.3720.51GB(極少量F+P）0.05LB1(極少量LB2、M)LB2(少量LB1、M)LB2、M(少量LB1)LB2、MMMUB相變模擬中冷速對組織的影響80.10.250.010.372實際工程上支承輥硬度分布圖P151.4mC4斷裂支承輥實驗分析1#2#3#4#80mm50mm200mm300mm表面（Ⅰ區(qū)）試樣1→2近表面（Ⅱ區(qū)）試樣3→4內(nèi)部（Ⅲ區(qū)）試樣5→8心部（Ⅳ區(qū)）試樣9→101→2硬度很高，硬度緩慢下降，對應(yīng)圖中深灰色區(qū)域；2→4硬度開始陡降，并降至最低點，對應(yīng)圖中淺灰色區(qū)域；4→8硬度逐漸升高，對應(yīng)圖中白亮區(qū)域；8→10硬度趨于平穩(wěn)，對應(yīng)圖中暗白色區(qū)域。低倍試樣實際工程上支承輥硬度分布圖P151.4mC4斷裂支承輥實驗支承輥組織和硬度分布示意圖◆淬火區(qū)

溫度Ac3以上，完全奧氏體化，表面噴淬，升成淬硬層?！魞上鄥^(qū)

溫度在Ac3-Ac1，部分發(fā)生轉(zhuǎn)變，生成混合組織?！舳位鼗饏^(qū)

溫度在Ac1-原調(diào)質(zhì)回火溫度，發(fā)生回火，區(qū)間大小決定于溫度梯度和原調(diào)質(zhì)回火溫度?！粽{(diào)質(zhì)回火區(qū)

溫度低于原調(diào)質(zhì)回火溫度，組織性能基本沒有變化。淬火區(qū)兩相區(qū)二次回火區(qū)調(diào)質(zhì)回火區(qū)淬硬層Ac3Ac1溫度/距離硬度回火硬度1.4mC4斷裂支承輥實驗分析P32支承輥組織和硬度分布示意圖◆淬火區(qū)淬火區(qū)兩相區(qū)二次回火區(qū)調(diào)質(zhì)11距輥面0～80mm內(nèi)顯微組織形貌,

內(nèi)部(Ⅰ區(qū)-淬硬區(qū))組織觀察

淬硬層中主要為下貝氏體回火組織，最靠近輥面區(qū)域的顯微組織形態(tài)呈典型的下貝氏體針，同時還發(fā)現(xiàn)有極少量的殘余奧氏體11距輥面0～80mm內(nèi)顯微組織形貌,內(nèi)部(Ⅰ區(qū)-淬硬區(qū))12內(nèi)部(Ⅱ區(qū)-兩相區(qū))組織觀察

距輥面81～130mm內(nèi)顯微組織形貌在距輥面81～130mm的次表淬硬層中，下貝氏體針狀特征已經(jīng)弱化，有向上貝氏體形態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢，屈氏體組織形態(tài)開始逐漸出現(xiàn)12內(nèi)部(Ⅱ區(qū)-兩相區(qū))組織觀察距輥面81～130mm內(nèi)部(Ⅲ區(qū)--二次回火區(qū))組織觀察1.4mC4斷裂支承輥實驗分析P237568

從金相組織上來看，5→8號試樣中片狀珠光體逐漸增多，并且體積變大。從掃描電鏡下觀察，片珠光體內(nèi)的片層結(jié)構(gòu)逐漸清晰，并且珠光體呈現(xiàn)出團(tuán)簇的形貌特征。內(nèi)部(Ⅲ區(qū)--二次回火區(qū))組織觀察1.4mC4斷裂支承輥實內(nèi)部(Ⅲ區(qū)--二次回火區(qū))組織觀察1.4mC4斷裂支承輥實驗分析P22

從金相組織上來看，5→8號試樣中針狀組織逐漸減少，大小沒有規(guī)律性變化。從掃描電鏡下觀察，針狀組織內(nèi)部變化不明顯，但周圍粒狀組織逐漸增多，兩者界限變得平滑。7568內(nèi)部(Ⅲ區(qū)--二次回火區(qū))組織觀察1.4mC4斷裂支承輥實心部(Ⅳ區(qū)—調(diào)質(zhì)回火區(qū))組織觀察1.4mC4斷裂支承輥實驗分析P27

從金相組織上來看，珠光體周圍被白亮的組織緊密的包圍著。從掃描電鏡下觀察，珠光體周圍分布著顆粒狀的組織，但相鄰的顆粒狀組織之間空隙很大，非偏析處的顆粒狀組織很少。偏析處非偏析處心部(Ⅳ區(qū)—調(diào)質(zhì)回火區(qū))組織觀察1.4mC4斷裂支承輥實驗小結(jié)支承輥經(jīng)歷不同熱處理可以滿足工藝過程及使用性能的不同要求工程上軋輥油冷處理后按照硬度和組織可以分為表面、近表面、內(nèi)部和心部四個區(qū)域；整體上從內(nèi)外到內(nèi)組織按照下貝氏體、上貝氏體、屈氏體、珠光體的組織過渡16小結(jié)支承輥經(jīng)歷不同熱處理可以滿足工藝過程及使用性能的不同汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子組織與冷速的關(guān)系合金固態(tài)相變工程實例二:合金固態(tài)相變工程實例二:汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動力機(jī)械。主要用作發(fā)電用的原動機(jī)。轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)的重要構(gòu)件，汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子要在1500~3000r/min高速旋轉(zhuǎn)下，高溫（350～565℃）下長期工作，需承受巨大的離心力、扭矩和彎曲應(yīng)力，還要承受因旋轉(zhuǎn)震動引起的附加應(yīng)力，開機(jī)停機(jī)及其他原因造成的瞬時沖擊振動和扭應(yīng)力。需要具備良好的工藝性能、組織均勻性、強(qiáng)韌性、低的脆性轉(zhuǎn)變溫度及好的綜合力學(xué)性能。18汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動力機(jī)械汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱處理的重要性大型汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子鍛件是由數(shù)百噸的鋼錠直接鍛造而成，鍛件的熱處理過程必須考慮冶煉、鑄錠、鍛造過程對大鍛件內(nèi)部質(zhì)量的影響，如化學(xué)成分不均勻、冶金缺陷、晶粒粗大（包括混晶）、較多的氣體如氫氣，較大的鍛造應(yīng)力和熱處理應(yīng)力等；轉(zhuǎn)子大鍛件的熱處理過程非常復(fù)雜且工藝周期長；低壓轉(zhuǎn)子鍛件的熱處理分為鍛后熱處理和最終熱處理兩個階段19汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱處理的重要性大型汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子鍛件是由數(shù)百噸的鋼低壓轉(zhuǎn)子用鋼典型：Cr-Ni-Mo34CrNi3Mo30Cr2Ni4MoVCr,Mo可以顯著提高鐵素體熱強(qiáng)性，Mo可減小回火脆性Ni提高淬透性，強(qiáng)韌性，抑制晶粒長大主要化學(xué)成分：碳C：0.30~0.40硅Si：0.17~0.37錳Mn：0.50~0.80鉻Cr：0.70~1.10鎳Ni：2.75~3.25鉬Mo：0.25~0.4034CrNi3Mo熱處理工藝曲線低壓轉(zhuǎn)子用鋼典型：Cr-Ni-Mo主要化學(xué)成分：34CrNiI.鍛后熱處理

鍛后熱處理的目的是消除鍛造應(yīng)力、降低鍛件的表面硬度、提高切削加工性能；防止和消除白點；提高化學(xué)成分均勻性，切斷組織遺傳，細(xì)化鋼的奧氏體晶粒，調(diào)整組織均勻性。采取多次正火（或退火），保證獲得細(xì)小珠光體，提高韌性，除氫。奧氏體化溫度：1030～1050℃，溫度高為了使鍛后碳化物充分溶入奧氏體中。I.鍛后熱處理

鍛后熱處理的目的是消除鍛造應(yīng)力、降低鍛件的表(1)油淬與間隙冷卻(水淬油冷)對含碳量較高的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，如34CrNi3Mo，淬火冷卻一般采用油淬。經(jīng)回火后可達(dá)中等綜合力學(xué)性能要求。但對截面較大，強(qiáng)度韌性要求較高的轉(zhuǎn)子鍛件，如200MW低壓轉(zhuǎn)子，油淬往往達(dá)不到性能要求，常采用水淬油冷，并且加長水淬后的油冷時間，即采用深冷油淬，使心部充分轉(zhuǎn)變以獲得較多下貝氏體，降低心部脆性轉(zhuǎn)變溫度。II.最終熱處理

(1)油淬與間隙冷卻(水淬油冷)對含碳量較高的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，如(2)水淬

水淬的冷卻能力最強(qiáng)，可大大提高轉(zhuǎn)子心部的冷卻,使轉(zhuǎn)子不僅表面獲得馬氏體和下貝氏體組織，并且心部也可得到下貝氏體組織或下貝氏體加少量上貝氏體組織，大大提高轉(zhuǎn)子鍛件的綜合力學(xué)性能。但由于水淬冷卻速度過快，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，加之相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力，很容易使轉(zhuǎn)子鍛件開裂。近年來，大鍛件用鋼的含碳量降低，配合真空鑄造的應(yīng)用和鍛造工藝的改進(jìn)，大鍛件冶金質(zhì)量大大提高，缺陷不斷減少，淬火時可以承受較大的內(nèi)應(yīng)力而不產(chǎn)生裂紋，這就為水淬等激冷淬火創(chuàng)造了條件。

II.最終熱處理

(2)水淬水淬的冷卻能力最強(qiáng)，可大大提高(3)噴水淬火對于棍身直徑達(dá)中1850mm，長約3900mm的300MW大型低壓轉(zhuǎn)子鍛件，普通水淬已不能滿足要求。一重建成大型立式噴淬設(shè)備，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行大噴水量激冷、深冷淬火，通過噴淬處理，該300MW低壓轉(zhuǎn)子心部得到下貝氏體組織。噴水淬火冷卻速度可以調(diào)整，轉(zhuǎn)子軸身和軸頸尺寸不同，可調(diào)整不同部位的噴水量，軸頸部位尺寸小噴水量減少，軸身尺寸大噴水量加大，這樣可以形成各部基本一致的冷卻速度，避免了軸頸軸身因冷卻速度不同導(dǎo)致性能差異過大，使轉(zhuǎn)子各部位性能均勻一致。II.最終熱處理(3)噴水淬火對于棍身直徑達(dá)中1850mm，長約3900mm實例：冷速對轉(zhuǎn)子熱處理效果的影響25實例：冷速對轉(zhuǎn)子熱處理效果的影響25風(fēng)冷50℃/min的微觀組織500X貝氏體+少量馬氏體，馬氏體板條、貝氏體顯針狀、細(xì)小均勻風(fēng)冷50℃/min的微觀組織500X貝氏體+少量馬氏體，馬氏風(fēng)冷25℃/min的微觀組織27貝氏體+很少量馬氏體，貝氏體細(xì)小、均勻風(fēng)冷25℃/min的微觀組織27貝氏體+很少量馬氏體，貝氏體風(fēng)冷12℃/min的微觀組織上貝氏體+粒貝氏體+下貝氏體風(fēng)冷12℃/min的微觀組織上貝氏體+粒貝氏體+下貝氏體風(fēng)冷5℃/min的微觀組織上貝氏體+粒貝氏體，貝氏體鐵素體板條寬大，碳化物分布不均勻風(fēng)冷5℃/min的微觀組織上貝氏體+粒貝氏體，貝氏體鐵素體板風(fēng)冷3℃/min的微觀組織上貝氏體+少量鐵素體（+少量細(xì)珠光體），貝氏體鐵素體板條寬大，碳化物分布不均勻風(fēng)冷3℃/min的微觀組織上貝氏體+少量鐵素體（+少量細(xì)珠光冷速與金相組織502512753冷速與金相組織502512753力學(xué)性能冷卻速度對沖擊功的影響合格線（24J）冷卻速度對拉伸性能的影響力學(xué)性能冷卻速度對沖擊功的影響合格線（24J）冷卻速度對拉伸金相組織與沖擊功

502512753金相組織與沖擊功502512753小結(jié)1、冷速影響轉(zhuǎn)子材料的微觀組織：冷速越大，形成的貝氏體組織越細(xì)小均勻；冷速不夠，則形成粗大上貝氏體+粒狀貝氏體，甚至是鐵素體或珠光體。2、轉(zhuǎn)子材料的微觀組織，即貝氏體鐵素體的大小及碳化物的形態(tài)和分布決定了材料的沖擊性能。但是貝氏體組織對屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度的大小影響不顯著。3、不同要求的轉(zhuǎn)子性能必須配合相應(yīng)的熱處理小結(jié)1、冷速影響轉(zhuǎn)子材料的微觀組織：冷速越大，形成的貝氏合金固態(tài)相變工程實例三:

鍋爐輸氣管爆裂原因分析

合金固態(tài)相變工程實例三:

鍋爐輸氣管爆裂原因分析

某企業(yè)使用的鍋爐輸氣導(dǎo)管，材料為12Cr1MoV鋼，輸氣管內(nèi)所通氣體規(guī)定控制在400℃以下，預(yù)期壽命為1年，實際在更換新管使用不到一周后爆裂，斷口位于彎管內(nèi)側(cè)，呈軸向分布，斷口附近產(chǎn)生明顯塑性變形，管壁變薄，斷口表面被一層氧化物覆蓋。要求：通過實驗分析找出輸氣管爆裂的原因。背景介紹某企業(yè)使用的鍋爐輸氣導(dǎo)管，材料為12Cr1MoV鋼，輸氣管內(nèi)分析思路資料搜集可能原因剖析實驗方案制定實驗分析報告分析思路資料搜集

鍋爐是為工礦企業(yè)提供蒸汽或熱水，以滿足生產(chǎn)工藝、動力以及采暖等需要的設(shè)備。鍋爐壓力容器中最常見的碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼,如Q235、20、20G、Q245R、Q345R、15CrMoG、12Cr1MoVG這些材料長期在高溫下工作，組織結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，從而使用性能降低。主要會發(fā)生珠光體球化和碳化物聚集、石墨化等，在使用一定時間后，要進(jìn)行現(xiàn)場金相檢驗。關(guān)于工業(yè)鍋爐

鍋爐是為工礦企業(yè)提供蒸汽或熱水，以滿足生產(chǎn)工藝、動力以及采12Cr1MoV鋼具有高的抗氧化性及熱強(qiáng)性，蠕變極限與持久強(qiáng)度值很接近，并在持久拉伸的情況下具有高的塑性，工藝性與焊接性良好。主要在正火及高溫回火后使用，用以制造高壓設(shè)備中工作溫度不超過570～585℃的過熱鋼管、導(dǎo)管、蛇形管及其它相應(yīng)的鍛件?；瘜W(xué)成分：C：0.08～0.15Si：0.17～0.37Mn：0.40～0.70Cr：0.90～1.2Mo：0.25～0.35V：0.15～0.3012Cr1MoV鋼具有高的抗氧化性及熱強(qiáng)性，蠕變極限與化學(xué)成分分析宏觀斷口形貌分析金相組織分析力學(xué)性能分析

可以開展的分析化學(xué)成分分析可以開展的分析成分分析成分分