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循环热处理工艺对护环用1Mn18Cr18N微观组织演变和力学性能影响的研究

任涛林1,1b,王辉亭1,文道维la,Ib,赵鹏la,Ib,侯世璞la,Ib

(1.哈尔滨电机厂有限责任公司a.哈尔滨大电机研究所；b.水力发电设备国家重点实验室，哈尔滨150040)

摘要：文中利用金相显微镜(OM)和高分辨扫描电子显微镜(SEM)研究了护环用奥氏体不锈钢1Mn18Cr18N在循环热处理工艺状态下的微观组织和高温拉伸断口形式和力学性能的演变规律，为实际的护环热装配工艺提供了可靠的理论和试验根据。

关键词：循环热处理；奥氏体不锈钢；显微组织

中图分类号：TG111.7文献标志码：A文章编号：1002-2333(2014)01-0155-03

0引言

护环是汽轮发电机上的大型关键受力部件，目的是防止电机转子两端的线圈在高速旋转过程中受到离心力的作用向外飞逸。目前，护环用材料多为无磁性奥氏体不锈钢1Mn18Cr18N。原始的1Mn18Cr18N奥氏体不锈钢组织为单一的奥氏体，晶粒为颗粒状，呈多边形，具有面心立方结构，层错能较低，不易发生交滑移，材料中的低碳和高铬能够使其具有优异的抗腐蚀性能，高锰使其具有顺磁性，氮的作用在于稳定奥氏体，扩大奥氏体在常温下的相区，并具有无磁性，同时氮还具有固溶的作用，能够使奥氏体晶粒发生晶格的畸变，使得材料在具有高强度的同时，具有良好的塑性、韧性、抗腐蚀性能和抗蠕变性能。1Mn18Cr18N钢护环的生产工序为：炼钢→铸锭→锻造电极→电渣重熔→热锻制坯→机械加工→固溶热处理→冷变形强化→消应力处理→取样检测→加工交货。固溶热处理是使经过加工后的1Mn18Cr18N材料中的碳能够溶解入奥氏体中，以提高材料的塑性、韧性。由于1Mn18Cr18N钢不能通过常规的热处理工艺来提高其机械性能，因此必须通过冷变形或者温变形的方法来提高其机械性能指标，目前常用的变形方法有液压胀形和爆炸成形；由于在冷胀形过程中材料会造成比较高的残余应力，为了稳定护环的尺寸，又消除大部分的残余应力，使其呈现均匀的应力分布状态，必须实施消应力处理1-5。

护环通常是通过感应圈或火焰加热直接热装配在转子上，感应圈加热方式的时间较长，火焰加热方式的时间较短而且易于操作，在实际的热装配过程中，火焰加热方式经常被采用，由于护环未能一次装配成功，所以经常需要对护环进行反复的加热和冷却。如果加热温度和保温时间的处理不当，就会造成护环钢本体组织和性能的变化，影响护环的使用。本文模拟实际的工况，详细地研究了护环用奥氏体不锈钢1Mn18Cr18N在300℃和350℃下经过循环热处理后的微观组织、断口形貌和力学性能的变化规律，为护环的热装配工艺提供可靠的理论和实验依据。

1试验材料与方法

试样用材料取自德阳万鑫电站产品开发有限公司提

供的护环切向的中环部位，各主要元素的质量分数是通过红外碳硫仪(型号CS800)、等离子光谱仪(ICAP6300)和直读光谱仪(型号Metal75-80)测得，见表1。

表1各主要元素质量分数

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

N

0.080

0.22

18.57

0.015

0.005

18.87

0.15

0.64

试样的热处理工艺为分别随炉加热到300℃和350℃,保温1h,空冷，然后将此过程循环1、4、6、8次。金相试样需要经过200目、400目砂纸粗磨和600目砂纸细磨，再使用金刚石喷雾剂进行机械抛光，用王水腐蚀得到，最后在金相显微镜(型号为奥林巴斯-PMG3)上观察。断口形貌由高分辨扫描电镜(型号为日立S-300N)观察。拉伸试验是在万能电子拉伸机上进行(型号为岛津AG-I),根据标准的要求拉伸时的温度为100℃6.7]。

2试验结果与讨论

如图1和图2是分别将护环用奥氏体不锈钢

如图1和图2是分别将护环用奥氏体不锈钢1Mn18Cr18N试样随炉加热300℃和350℃,保温1h空冷，循环热处理1、4、6、8次后的金相照片。从图1可以看

(a)300℃

(a)300℃保温1h,循环热处(b)300℃保温1h,循环热处理1次后的金相组织理4次后的金相组织

(e)300℃保温1h.循环热处(d)300℃保温1h,循环热处理6次后的金相组织理8次后的金相组织

图1随炉加热到300℃保温1h空冷，循环热处理1、

4、6、8次后的金相组织

机械工程师2