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HR3C鋼焊接接頭700℃的蠕變組織演變

發布人:上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn 更新時間:2016-01-11
HR3C鋼是日本住友公司在20世紀80年代研制出的一種奧氏體耐熱鋼,它是在TP310鋼的基礎上通過復合添加Nb、N合金元素而形成的一種新鋼種,由于鋼中Cr、Ni合金元素的含量較高,有效地增強了鋼的抗高溫腐蝕和高溫蒸汽氧化的能力,并穩定了奧氏體組織,抑制了σ相的析出傾向,被廣泛應用于金屬壁溫不超過700℃超超臨界機組中的鍋爐過熱器和再熱器部件。

?HR3C鋼是日本住友公司在20世紀80年代研制出的一種奧氏體耐熱鋼,它是在TP310鋼的基礎上通過復合添加Nb、N合金元素而形成的一種新鋼種,由于鋼中Cr、Ni合金元素的含量較高,有效地增強了鋼的抗高溫腐蝕和高溫蒸汽氧化的能力,并穩定了奧氏體組織,抑制了σ相的析出傾向,被廣泛應用于金屬壁溫不超過700℃超超臨界機組中的鍋爐過熱器和再熱器部件。

當HR3C鋼經歷焊接后,焊接接頭的組織狀態與母材相比會有明顯差異,在高溫蠕變過程中,接頭的組織還會出現進一步的變化,從而影響接頭的高溫性能。研究人員通過HR3C焊接接頭700℃的持久試驗,分析接頭蠕變過程中的組織變化,為了解HR3C鋼焊接接頭的高溫性能提供一定的依據。
試驗用HR3C鋼管供貨狀態為固溶處理,規格為Φ45mm×9.6mm。焊接材料選用配套焊絲T-HR3C。規格Φ2.5mm,SPECTROLAB定量光譜儀實測化學成分如表1所示。
將管材加工成長100mm管段,“V”形坡口,置于45固定位置焊接,焊接方法為手工鎢極氬弧焊(GTAW),焊接材料為配套焊絲T-HR3C,焊接規范如表2所示。經檢驗合格的接頭依據GB/T?2039-1997《金屬拉伸蠕變及持久試驗方法》加工成持久試樣。
在RC-1130高溫蠕變持久試驗機上進行HR3C鋼焊接接頭高溫持久試驗,試驗溫度為700℃,試驗應力為180、160和140MPa。通過Olympus?Model?BX51M型金相顯微鏡和JSM-6380LA掃描電鏡觀察焊接接頭的顯微組織。
表1??HR3C鋼和T-HR3C焊絲的化學成分(質量分數,%)
?
項目
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
Cu
Nb
N
HR3C鋼
ASME?Code
Case2115-1
0.04~0.10
≤0.75
≤2.00
≤0.030
≤0.030
24.00~26.00
17.0~23.0
-
-
0.20~0.60
0.05~0.35
實測
0.06
0.35
1.18
0.019
0.003
25.3
19.8
0.13
-
0.39
-
T-HR3C焊絲
實測
0.05
0.28
1.55
0.011
0.003
27.4
19.9
0.84
2.24
0.40
-
?
表2?HR3C鋼焊接工藝參數
層數
電流/A
電壓/V
單層增厚/mm
氬氣流量/(L·min-1)
1
70~90
10~12
3~4
8~10
2~5
70~100
10~12
1~2
8~10
6
70~100
10~12
1~1.5
8~10
?
結果表明:
(1)700℃高溫持久試驗中,HR3C鋼接頭組織中有大量M23C6析出,M23C6沿奧氏體晶界呈連續分布,在焊縫胞狀樹枝晶內以針狀幾乎布滿了整個組織。
(2)粗大連續分布的M23C6易在晶界上形成蠕變裂紋,而焊縫枝晶內的針狀M23C6導致組織脆化,加速蠕變裂紋擴展,致使接頭蠕變強度下降。

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