25Cr3Mo3NiNbZr钢的力学与磨损性能研究

25Cr3Mo3NiNbZr钢的力学与磨损性能研究随着压力容器用钢对减重、延寿需求的不断提高,以PCrNi3MoV钢为代表的传统压力容器用钢无法满足复杂的服役工况条件以及延寿的要求,于是研发出了强韧性匹配良好的25Cr3Mo3NiNbZr钢,25Cr3Mo3NiNbZr钢具有优异的高温强度以及良好的低温韧性,是潜在的长寿命压力容器用钢,能够满足其日益严苛的服役条件对材料性能的需求。

25Cr3Mo3NiNbZr钢的组织、力学性能、耐磨损性能决定了其使用寿命以及服役稳定性,其高强韧性、磨损性能与碳化物的析出行为密不可分,为了更好的发挥25Cr3Mo3NiNbZr钢的性能特点,需要对其组织、碳化物析出行为、磨损性能开展系统研究,揭示其内在机制,并优化相应热处理参数。

因此本论文研究了热处理工艺对25Cr3Mo3NiNbZr钢组织及力学性能的影响,并对碳化物的析出行为进行了定性定量研究。

针对影响使用寿命的磨损性能与PCrNi3MoV钢开展了对比研究,通过模拟不同磨损方式的加速试验,结合组织、力学性能、碳化物析出行为等几种因素讨论并揭示了25Cr3Mo3NiNbZr钢的耐磨损机理。

具体研究内容如下:（1）通过改变热处理工艺参数,研究了淬火温度和回火温度对25Cr3Mo3NiNbZr钢组织及力学性能的影响,同时与传统压力容器用钢PCrNi3MoV钢进行对比研究。

结果表明:通过改变25Cr3Mo3NiNbZr钢的淬火温度与回火温度,并充分利用碳化物形成元素的二次硬化效果,从而获得了具有最佳强韧性匹配的热处理工艺,其室温强度和高温强度较PCrNi3MoV钢提高了约
200MPa。

PCrNi3MoV钢调质处理后组织为回火索氏体,只有M₃C碳化物,未出现明显二次硬化现象;25Cr3Mo3NiNbZr钢在淬火过程中析出的含Nb元素MC
类碳化物保证了奥氏体晶粒在高温下不发生长大,回火后组织为索氏体,回火过程中先后析出M₃C、M₂C和M₆C碳化物,其中M₂C碳化物的析出导致材料出现了二次硬化现象,550℃为
M₂C碳化物析出温度,在此温度下25Cr3Mo3NiNbZr钢的强度和硬度达到峰值。

（2）针对两种硬度等级的25Cr3Mo3NiNbZr、PCrNi3MoV钢研究了磨粒磨损与冲击磨损分别在不同磨损时间、冲击功的条件下的耐磨损性能。

结果表明:磨损条件相同时,硬度越高,耐磨性能越好;磨损量随着磨损时间的增加而增加;冲击功越大,磨损失重越多;在磨粒磨损和冲击磨损条件下,硬度等级相同时,25Cr3Mo3NiNbZr钢磨损失重量小,犁沟宽度小,粗糙度低,耐磨性优于PCrNi3MoV钢。

对高硬度等级耐磨试样研究发现,析出相的类型和大小影响耐磨性,25Cr3Mo3NiNbZr钢中含有具有最大耐磨性的MC型碳化物NbC和
M₂C型碳化物,而PCrNi3MoV钢中具有耐磨性较差的M₃C 型碳化物,且25Cr3Mo3NiNbZr钢中尺寸处于1³6nm之间的析出相所占百分比较PCrNi3MoV钢高出53.1%,碳化物尺寸更为细小,对磨损过程中裂纹扩展时的阻碍作用更大,是耐磨损性能提高的主要原因。