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NiCrMoV鋼汽輪機轉子堆焊接頭組織性能研究
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2014-12-10
NiCrMoV鋼是汽輪機組常用的轉子材料，具有較高的強度，良好的沖擊性能和抗疲勞裂紋擴展能力。
NiCrMoV鋼是汽輪機組常用的轉子材料，具有較高的強度，良好的沖擊性能和抗疲勞裂紋擴展能力。但在高溫高壓條件下，轉子轉軸和軸瓦在高速旋轉過程中易出現粘滯、咬合等問題，導致轉子軸頸提前失效，且NiCrMoV系列鋼不能滿足在飽和蒸汽壓情況下長期服役的耐腐蝕性要求。因此,提高轉子軸頸的表面耐腐蝕性及轉子件的綜合力學性能是汽輪機組安全、高效運行的技術關鍵。國外某核電轉子制造企業推薦在軸頸表面堆焊馬氏體不銹鋼，以提高轉子軸頸的表面耐磨性及耐腐蝕性。因為異種鋼焊接過程中轉軸基材和堆焊層金屬合金元素的濃度差異，在高溫條件下易造成碳擴散，從而導致在熔合線附近形成碳化物帶，可能成為影響轉子運行安全的潛在危險。為此，本文進行軸頸堆焊時，在堆焊馬氏體不銹鋼13Cr之前，堆焊一定厚度的低碳鋼過渡層材料。堆焊接頭的這種夾心式的結構設計，以期有利于降低焊接接頭的殘余應力，且低碳過渡層能夠抑制碳的遷移和在一定程度上有效地阻滯不銹鋼耐蝕層中碳化物的大量析出和積聚，從而提高轉子整個堆焊接頭的綜合性能。
堆焊試驗用母材NiCrMoV鋼、過渡層焊絲和不銹鋼耐蝕層堆焊焊絲的化學成分如表1所示。
表1?母材及堆焊所用焊絲的化學成分(質量分數,%)
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焊接材料
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C
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Mn
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Si
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Cr
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Mo
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Ni
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母材
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≤0.28
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≤0.40
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≤0.07
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1.4~1.8
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0.3~0.45
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3.4~3.8
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過渡層焊絲
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0.12
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1.6
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0.1
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<0.1
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0.6
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0.95
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不銹鋼焊絲
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0.04
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0.5
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<0.4
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12
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0.5
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4.5
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采用埋弧自動焊的方法進行模擬件的堆焊，其焊接工藝參數為：焊接電流400A，焊接電壓32V，焊接速度18cm/min。模擬件焊后進行熱處理，其規范見圖2所示。然后采用機械切割方法，制備化學分析、金相分析、沖擊試驗和電化學分析等試樣。
中間過渡層中，隨著離開母材距離的增大，母材對過渡層的稀釋率逐層降低。尤其在過渡層第三層中，合金元素含量降低顯著，可以有效地防止碳等合金元素向不銹鋼層的擴散。不銹鋼耐蝕層第一層為粗大的板條狀馬氏體，且晶間有碳化物析出，是整個堆焊接頭沖擊性能最薄弱的環節。添加過渡層在一定程度上抑制了碳化物聚集帶的形成，有效地改善了堆焊接頭的沖擊性能。尤其是不銹鋼耐蝕層第一層，在添加過渡層之后其沖擊功提高了近一倍。堆焊后，接頭表層不銹鋼具有較低的腐蝕電流和較高的腐蝕電位，其耐腐蝕性良好，且點蝕電位達到380mV，可以有效地抑制點蝕的發生。
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