一种含铌叶片钢的应用性能研究

12%Cr钢具有独特的物理和耐高温蠕变性能，广泛应用于汽轮机叶片等要求良好耐高温性能的零部件。12Cr12MoNb是在常规403型12%Cr钢的基础上，添加少量铌元素发展而来。铌元素的添加可以使403型钢在-45～540℃温度范围内具有良好的力学性能。同时，铌元素还可以显著细化钢的晶粒而不影响钢的其他优异性能，比如淬透性、耐腐蚀性能、可切削性能等。因此，12Cr12MoNb钢广泛用于汽轮机叶片。
本工作根据汽轮机叶片对材料性能的要求，通过试验研究了12Cr12MoNb钢的高温拉伸性能、韧脆转变温度（FATT50）、旋转弯曲疲劳性能、线膨胀系数等材料特性，并分析了钢的强化机理。
试验材料为国内某钢厂提供的电渣重熔钢，而后轧制成规格为34mm×64mm扁钢，并进行了高温回火去应力处理。试验钢的化学成分（质量分数，%）为：C0.14，Cr12.14，Mo0.12，Nb0.19，Ni0.20，Mn0.54，Si0.40，P0.019，S0.005，Cu0.05。高温拉伸试验采用MTS810型万能试验机，冲击试验采用JB300B冲击试验机，疲劳试验采用PQ1-6型纯弯曲旋转疲劳试验机，相变点采用Gleeble-3800型热/力模拟试验机测定。试验结果显示：
（1）12Cr12MoNb钢的强度随温度升高不断下降，在中温阶段（350～450℃范围内）塑性最差，符合12%Cr钢拉伸性能随温度变化的一般规律。
（2）钢的室温旋转弯曲疲劳强度优异，高达401.8N/mm2。
（3）12Cr12MoNb钢的热线胀系数很低，在20～600℃内仅为12.0×10-6/℃，可应用于机组在启停机时温度梯度较大的环境，同时也避免叶片产生热疲劳损伤。
（4）钢所具有的优异的各项性能得益于板条马氏体、细小弥散分布的NbC及回火后形成的富铌的M2X析出物的强化作用。