分類號：TG156.8 文獻標識碼：B
文章編號：1001－2060（2000）02－0189-03▲
1 引言
隨著我國鍋爐、汽輪機機組超臨界大容量的發展，對緊固件鋼提出了更高的要求［1］。為保證高溫汽輪機和閥門的法蘭不漏汽，採用的螺栓或柱螺栓所經受的工作狀態的嚴重程度並不亞於其它金屬部件。拉緊張力使螺栓產生0.15%左右的彈性應變，而在高溫運行條件下，應力鬆弛使這個緊力鬆弛。這類應力的反覆作用終將引起螺栓斷裂或被聯接件破壞。如果由於某種原因使應變集中在螺栓的一道螺紋上，則等於對螺栓作缺口斷裂試驗，假如載荷不按軸向作用，那麼這種情況就更加嚴重。法蘭和螺栓之間的溫差會使最大應變增加，並且使應變發生循環變化，如果螺栓縱向具有溫度梯度則蠕變應變可能集中在一端而不是均勻分佈［2］。
汽輪機，燃氣輪機緊固件在應力鬆弛條件下工作，工作時承受著拉伸應力（間或有彎曲應力)。對材料的要求是：高的抗鬆弛性、足夠的強度、低的缺口敏感性，在高溫下工作時還要求一定的持久強度、小的熱脆傾向和良好的抗氧化性。國內設計的螺栓壽命為20 000小時，最小密封應力為1 500 kg/cm2，當用屈服極限作為依據時，安全係數取0.5～0.6；用蠕變極限作依據時，安全係數取0.8；用持久強度作依據時，安全係數取0.6～0.7。在運行過程中如果發現硬度升高，衝擊韌性降低或金相出現嚴重網狀組織，螺栓就應進行恢復熱處理［3］。緊固件熱處理方案不僅要考慮室溫機械性能（尤其是屈服極限)，而且要考慮到高溫時持久強度、鬆弛穩定性、持久塑性和持久缺口敏感性。因為螺栓的脆性斷裂主要是由於鋼在熱處理后具有低的持久塑性和大的持久缺口敏感性所造成的，對螺栓鋼來說，後者是重要的性能［1］。
2 試驗材料及方法
試驗用料是由本鋼生產的，批號Y089407、爐號62213，規格為Φ32 mm，其化學成分如表1。從表1可看出，試驗用料20Cr1Mo1V1化學成分符合標準要求。
表1 20Cr1Mo1V1圓鋼的化學成分(wt%) CSiMnPSNiCrMoV哈鍋S8909640.220.270.300.0180.006 1.290.900.85BB218-820.18～0.25≤0.35≤0.50≤0.030≤0.030≤0.601.0～1.300.80～1.100.70～1.10
熱處理在H15型箱式電爐中進行，用WJ-10A型機械式萬能試驗機進行拉伸試驗，用JB30B型衝擊試驗機進行衝擊試驗，用CSS-1110型電子萬能試驗機進行高溫拉伸試驗，用HBG-750型高溫硬度計進行高溫硬度測定，用Neophot 21型金相顯微鏡進行組織觀察，在S-240型掃描電鏡中觀察斷口的斷裂特徵。TEM試樣在JEM-100CX透射電鏡下進行觀察，採用電解萃取的方法用D-MAX-RB型X光衍射儀對碳化物進行確定。
電解萃取試樣隨同拉伸、衝擊試樣同爐處理，處理后表面進行磨光處理，去除氧化皮等，以備電解用。電解液配方：75克氯化鉀+5克檸檬酸+1000 ml蒸餾水；電流密度：0.2 A/cm2；電解溫度0℃～5℃，電解時間：每樣2.5～3小時。分析測試條件為：CuK2輻射，管電壓電流：50 kV、50 mA，掃描5°/分。
3 試驗結果及分析
3.1 化學成分分析
鉻的含量在1%左右時對固溶體的強化作用最佳［4］。在低合金耐熱鋼中加入Cr，主要目的是用來提高鋼的抗氧化性能和耐腐蝕能力，另外Cr在一定含量範圍內還能提高鋼的持久強度和蠕變極限。Mo是提高熱強性的重要元素之一。加入Mo還可增加鋼的淬透性，並顯著降低鋼的熱脆傾向。在1% Cr—Mo—V鋼中當V/C＝4時，隨著Mo含量的增加，蠕變極限和持久強度提高，其含量在0.75%～1.0%時達最大值。Mo在低合金鋼中提高熱強性的主要原因是強化α固溶體。在鋼中加入強烈碳化物形成元素V時，則Mo強化固溶體的作用更加顯著。V是強烈形成碳化物的元素。釩能形成釩的碳化物並彌散分佈在固溶體中起沉澱強化作用［4］。鋼中加入V可細化晶粒，顯著提高鋼的屈服極限。Cr—Mo鋼中當V/C＝4時其鬆弛穩定性最高［1］。
低合金Cr—Mo—V鋼具有良好的熱強性，這是由於Cr、Mo、V等合金元素的固溶強化和沉澱強化等在鋼中發揮了良好的作用［5］。V在鋼中的溶解度很小，當V含量達到0.1%時鋼中便出現VC［6］。而20Cr1Mo1V1的含V量已達0.85%，必將產生VC。
3.2 機械性能
20Cr1Mo1V1圓鋼的機械性能見表2。從表2可看出優選工藝1 030 ℃保溫0.5h油淬+560 ℃保溫2 h升至720 ℃保溫4 h空冷比採用原生產工藝的機械性能好，而且在提高強度的同時，硬度降低，這正是生產中所需要的，解決了生產中常出現的強度低、硬度高的問題。另外還可看出1 000 ℃保溫0.5 h油淬+710 ℃保溫6 h空冷后其σb比標準規定值只高25 MPa，一旦用於Φ100這樣的20Cr1Mo1V1不合格的可能性極大。而1 030 ℃保溫0.5 h油淬+560 ℃保溫2 h升至720 ℃保溫4 h空冷后的σb比標準規定值高80 MPa，即使用於Φ100這樣的20Cr1Mo1V1，不合格的可能性較小。
表2 20Cr1Mo1V1圓鋼的機械性能試樣號熱處理規範溫度
/℃σs
/MPaσb
/MPaδ5
/%Ψ
/%aku
/J×cm－2HBσT×105
/MPa
