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2.25Cr1Mo钢是一种重要的低碳低合金结构钢,高温下优良的综合机械性能使其广泛应用于电力、核能以及石油化工行业的高温承压设备,压力容器及临氢反应器等设备加工制造领域。 然而,如果长时间在高温高压条件下工作,2.25Cr1Mo钢将会产生明显的高温回火脆性并由此导致其断裂韧性下降,韧脆转变温度升高。这种回火脆性属于典型的非硬化脆性。大量实验研究表明,产生回火脆性的主要原因是由于钢晶界处微量化学元素的变化。当长时间服役于高温(350℃~600℃)高压(0~28MPa)环境下,钢中的某些微量杂质元素如P、Sb、Sn等将会向晶界处富集偏聚,降低晶界结合力,产生回火脆性。在致脆元素中,P是其中主要之一。 本文以2.25Cr1Mo低合金钢中磷于晶界处的平衡偏聚及其所引起的钢韧脆转变温度变化为研究主体。试样于980℃淬火、650℃回火后分别在560℃、520℃、480℃时效保温不等时间以获得不同磷偏聚效果。利用俄歇能谱仪(AES)分析各不同热处理后试样中磷于晶界处平衡偏聚现象并确定相应偏聚量数据。根据Mclean平衡偏聚理论及俄歇分析所得磷偏聚量实验数据,计算得出磷的平衡偏聚热力学参数。 采用Charpy冲击试验检测各试样不同温度下冲击断裂情况,利用扫描电子显微镜(SEM)对试样断口进行微观形貌分析以判定其断裂方式。综合断口形貌分析及Charpy冲击试验结果确定试样韧脆转变温度。结合磷于晶界处偏聚数据,试验性地确立钢韧脆转变温度与磷偏聚量间定量线形关系。通过此关系式,可实现依据检测2.25Cr1Mo低合金钢中磷于晶界处偏聚量预知其相应的韧脆转变温度。 利用VB程序语言对磷偏聚动力学进行模拟分析。基于Mclean偏聚动力学理论及本文所确立钢韧脆转变温度与磷偏聚间关系式,构建2.25Cr1Mo低合金钢温度-时间脆化曲线。基于此脆化曲线可预测在特定温度下达到某一韧脆转变温度时所需时间,为工程实践中2.25Cr1Mo钢的安全可靠服役提供必要的理论支持。