纯净超低碳马氏体不锈钢材料的疲劳性能研究

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1、提要纯净超低碳马氏体不锈钢材料的疲劳性能研究摘要水轮机用铸钢材料经历了几十年的发展，其综合性能已得到很大幅度的提高，但随着大型水轮机组的发展和对设备轻量化的重视，对材料的强度提出了更高的要求，高屈强比材料就是为了适应这种需求发展起来的。高屈强比低碳马氏体不锈钢是水轮机用材料发展的一个新钢种，是在普通纯净水轮机用钢Z00Crl3Ni4Mo基础上发展起来的。它采用特殊的热处理工艺，获得了强度和硬度提高，而塑韧性基本不变的力学性能，另外，其屈服强度和抗拉强度之比大于0．8，高于普通水轮机用铸钢材料的O．7的要

2、求，符合设备轻量化的发展趋势。但是，以前使用的水轮机材料在使用过程中的疲劳裂纹的问题始终没有得到很好的解决，为了了解高屈强比材料的疲劳特性和促进高屈强比材料的发展和工程化应用，因此对高屈强比材料的疲劳性能进行研究也就很有必要。本文系统地对高屈强比材料的疲劳性能和疲劳机理进行了研究，主要的内容和创新点有：首先，对高屈强比材料的组织结构和相含量进行了分析。测定出材料的组织为单相板条马氏体组织，在获得高屈强比性能的热处理工艺下，回火板条马氏体的形貌与正火状态下获得的淬火马氏体基本相同，同样具有很高的位错密度。

3、‘其次，本文系统地对材料的疲劳性能进行了测试。在试验过程中分别对材料的疲劳极限、裂纹扩展速率、疲劳裂纹扩展门槛值以及材料的P．S．N寿命曲线进行了分析和处理。在对数据处理后发现，高屈强比材料的疲劳极限高于普通纯净材料，高屈强比材料的门槛值低于普通纯净材料，裂纹扩展速率要高于普通纯净材料。另外在对P．S．N寿命曲线分析时发现，在平均应力为400Mpa，应力集中系数等于2．5时，高屈强比材料在规定寿命下的应力幅度值小于普通纯净材料。再次，对高屈强比材料在不同环境下的疲劳性能指标也进行了分析，发现在模拟长江水

4、介质中的疲劳极限要低于空气环境，在空气中的数值比在模拟长江水环境获得的数值高出20％以上，而在水下环境中的门槛值却高于空气环境，裂纹扩展速率受环境的影响较小，在不同介质中的数值基本相同。一T一机械}}学研究院沈阳铸造研究所硕士研究擞学位论定最后，对高屈强比材料的裂纹扩展机理进行了分析探讨。分别慰组织结构和稠组成对疲劳往能的影响进行分析。本文认为，在不同的阶段，起作用的主要机制不霹，褰屡强毙榜辩戆疲劳搜毙是誊

5、糕组织缕稳零器耪裂纹溺会撬裁共爨锋雳的结果．关键试：水轮机用钢、裹屡强比枣

6、辩、低碳板条马氏体、

7、疲势性戆、裂纹闭合机制．II—FatiguePropertiesoftheMartensiticStainlessSteelwithUltra。”lowCarbonandHighCleanlinessAbstractWithseveroadecadesdevelopmentofstainlesssteelmaterialsforhydraulicturbine，theircomprehensivepropertieshavebeensignificantlyimproved．Butwaterturbin

8、eunitiscurrentlybeingdevelopedtowardslarge-scaleandweightsavings，whichrequireshigherstrengthandhigheryield-tensileratioofstainlesssteelmaterialstomeettheneedofthisnewtrend-．Thenewlydevelopedhighyield-tensileratiolowcarbonmartensiticstainlesssteel，whichwa

9、sproducedbasedontraditionalcleancastingstainlesssteel一-ASTM—CA6NM(ZG06Crl3Ni4Mo)，hadgotincreasinginitsstrengthandhardnesswhilenodecreasinginitstoughnessandplasticitybyspecialheat·treatmentprocessing．Anditsratioofyieldstrengthandtensilestrengthwas0．8orove

10、rhigherthanit担countervalue0．7oftraditionalpuritystainlesssteelmaterials．Soitwasfittingthatthedevelopmenttrendofweightreduction．Fatiguecrackoflarge—sgalehydraulicturbinehasn’tbeensolvedwellintheworldwide。Forpromotionenginee