T23/P23钢高强匹配焊缝金属接头再热裂纹表征

综述了T23/P23钢高强匹配焊缝金属接头再热裂纹的特征。结果表明,T23/P23耐热钢高强匹配接头再热裂纹倾向明显,焊后状态高强匹配接头具有较高的强度和可以接受的塑性和韧性。接头显微组织中的HAZ粗晶区碳化物析出、晶界的滑移及晶界的脆化是再热裂纹产生的必要条件;影响HAZ组织的主要因素是母材中碳化物形成元素和残留元素的种类及含量。随接头拘束应力增大,再热温度升高时再热裂纹倾向增大。T23/P23钢接头中氢的行为是产生再热裂纹不可忽视的影响因素。生产中常用低应力化和低氢化综合工艺及参数,以及新型专用焊接材料等措施,使接头中的应力水平降低,氢含量最小化,控制再热裂纹形成条件,并获得了较满意的效果。

Welding of SA213-T91 and SA213-T23 heat-resistant steels applied in ultra supercritical thermal power units

The marteasite SA213-191 and bainite SA213-T23 high-temperature resistant steels were applied to the heating surface of the ultra supercritical thermal power unit boiler. The weld metal microstructures and welded joint performance between the two kinds of dissimilar steels were analyzed. The main reasons of the welding defects such as hot crack, cold crack, brittleness and decrease in toughness were discussed during the welding of the dissimilar heat-resistant steels of SA213- 191 and SA213-T23 in boiler manufacturing and processing operation. The welding materials were chosen and welding procedure was made according to the base metals.

Measurement and evaluation of strain fields in T23 steel based on digital image correlation method

Surface strain fields of the designed compact tension(CT)specimens were investigated by digital image correlation(DIC)method.An integrative computer program was developed based on DIC algorithms to characterize the strain fields accurately and graphically.Strain distribution of the CT specimen was predicted by finite element method(FEM).Good agreement is observed between the surface strain fields measured by DIC and predicted by FEM,which reveals that the proposed method is practical and effective to determine the strain fields of CT specimens.Moreover,strain fields of the CT specimens with various compressive loads and notch diameters were studied by DIC.The experimental results can provide effective reference to usage of CT specimens in triaxial creep test by appropriately selecting specimen and experiment parameters.

长时高温时效对T23水冷壁焊接接头CGHAZ微观组织的影响

通过高温时效方法分析了焊后未热处理T23水冷壁管焊接接头粗晶热影响区(coarse grained heat affected zone,CGHAZ)在服役过程中形成再热裂纹的微观机理,揭示了工程中未热处理T23水冷壁接头在机组启机后,短期运行容易发生开裂泄漏的内在原因.采用材料表征手段对未时效和高温时效处理后的水冷壁焊接接头CGHAZ硬度、微观组织、析出物物相等进行系统分析.结果表明,在530℃时效100 h后,CGHAZ硬度出现由晶内弥散强化导致的二次硬化现象,随着时效(运行)时间增加,CGHAZ硬度逐渐降低,但时效1000 h后,CGHAZ硬度仍有319 HV高于标准要求;在600℃温度下,随着时效时间的增加,CGHAZ硬度随之降低,组织回复、再结晶、马氏体板条宽化、位错密度降低、C元素及合金元素从基体析出等因素导致的CGHAZ硬度降低作用高于MX碳化物在晶内弥散析出导致的硬度升高,M_(23)C_(6)型碳(氮)化物在晶界、亚晶界逐渐析出和长大.

高温再热器T23/12Cr1MoV异种钢焊缝失效机理

通过裂纹宏观形貌、硬度试验、裂纹微观形态等分析,研究了1 900 t/h锅炉高温再热器T23/12Cr1MoV异种钢安装焊缝运行8 000 h断裂失效机理。结果表明:取消焊前预热及焊后热处理,将造成焊缝及热影响区产生淬硬马氏体组织,粗晶区晶粒严重粗化,晶界弱化;在高温运行温度下,焊接残余应力及管内蒸汽运行压力下,在焊缝与粗晶区界面处产生应力集中,随着外加应力塑性增加,在焊缝与粗晶区界面粗晶界产生裂纹。再热裂纹是造成高温再热器T23/12Cr1MoV异种钢焊缝断裂失效的主要原因。

国产T23钢高温组织演变及其对性能的影响

通过对国产T23钢550℃、600℃和650℃的持久试样显微组织的分析,研究了T23钢高温蠕变过程中的组织演变及其对性能的影响。结果表明,在高温蠕变过程中,T23钢贝氏体铁素体基体和小岛中的马氏体将发生回复和再结晶,位错密度下降,M23C6碳化物不断粗化,并且有少量M23C6转变为M6C。蠕变断裂时间较短时,M23C6碳化物粗化对性能下降起主要作用,随蠕变断裂时间延长,贝氏体铁素体基体和小岛中马氏体的回复、再结晶对性能下降的影响增大。温度较高时,回复及再结晶开始较早,对性能下降的影响提前。650℃时,T23钢的组织演变和性能下降过快,应尽量避免在此温度下使用。

国产T23钢高温时效时组织和力学性能的研究

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜观察和拉伸、冲击试验等方法,研究了国产T23钢在600℃时效时的组织变化和力学性能。结果表明,T23钢在600℃时效时随着时效时间的延长,T23钢中M23C6型碳化物不断粗化,粒状贝氏体形貌逐渐退化。时效时间较短时,主要是M23C6型碳化物粗化引起T23钢力学性能下降;时效时间较长时,主要是粒状贝氏体形貌的变化导致T23钢力学性能下降,同时,M23C6的球化及其向M6C的转变、亚晶的形成和W、Mo固溶强化的降低加快了T23钢力学性能的下降。

超超临界塔式炉T23水冷壁早期失效分析

对国内多台超超临界塔式炉T23水冷壁早期失效案例进行了统计,对典型失效管样进行宏观和微观分析,测试接头的力学性能,在此基础上分析失效机理及主要影响因素。研究结果表明,失效是由于焊缝产生横向裂纹,裂纹沿晶界扩展。初步判断裂纹性质为楔形蠕变裂纹。合金过饱和固溶使焊缝处于高硬度水平是产生楔形蠕变裂纹的内因,水冷壁密集焊缝结构使接头部位的拉伸应力增大,它与内压应力叠加提供了裂纹形成和扩展的力学条件。降低焊缝硬度和细化晶粒有利于避免失效。

T23钢管蒸汽侧氧化层的微观结构及形成机理

采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等研究了T23钢管蒸汽侧氧化层的结构和形成机理。结果表明:该氧化层分为内层、中间层和外层;内层为疏松及富含孔洞的富铬、钒及钨的非均质层氧化层,中间层为相对致密且呈柱状结构的Fe3O4,外层为较薄的Fe2O3;金属基体与内层氧化层界面处存在内氧化,金属基体与内层氧化层界面处存在明显界限及间隙,温度剧烈变化时氧化层易在金属基体与内氧化层界面处剥落;T23钢蒸汽侧内层氧化层疏松、多孔及其整体易剥落的特征,使其抗蒸汽氧化性能差。

屏式过热器T23/12Cr1MoV异种钢接头失效分析

对某1 000 MW超超临界发电机组屏式过热器管屏进口段T23/12Cr1MoV异种钢焊接接头的失效进行了试验分析。宏观与微观检查表明,裂纹沿管子焊缝周向分布,开裂起始于12Cr1MoV管内壁粗晶粒热影响区,扩展至1/3厚度处进入焊缝,在焊缝中继续扩展至管子外壁。通过力学性能试验得出失效的主要原因是热影响区及焊缝的硬度高而塑韧性低,建议进行焊后热处理,以改善接头塑韧性和消除焊接残余应力。

1000MW塔式炉水冷壁T23钢接头短期失效分析

对近年来国内1 000 MW超超临界塔式炉中频发的水冷壁T23接头短期失效案例进行了分析,观察了裂纹的宏观和微观形态,通过OM、SEM和TEM分析了裂纹附近的的显微组织,并测试了接头的力学性能。通过有限元软件模拟了附加应力对裂纹形成的影响。最后在上述此基础上判断裂纹的性质,阐明其形成机理,并提出预防措施。结果表明,裂纹为蠕变沿晶裂纹,沿焊缝横向分布在管子的6点钟或12点钟位置。焊态焊缝形成了较多高硬度的马氏体,其在运行后的室温冲击韧性很低。这种焊缝在水冷壁工作温度下具有蠕变脆性,在结构附加应力和疲劳载荷的作用下易于发生蠕变沿晶开裂。选择低强度等级焊材、进行焊后热处理、细化晶粒和减小水平方向的结构应力有助于抑制裂纹。

HCM2S(T23)钢显微组织结构特征及强化机理分析

通过OM、TEM、SEM和EDS等方法对供货态、正火态和正火+回火态T23钢试样的显微组织结构进行了分析。通过对比不同状态T23钢显微组织结构特征,探讨了T23钢的强化机理。研究结果显示,正火态T23钢为粒状贝氏体组织,以固溶强化、M/A小岛的弥散强化,以及粒状贝氏体基体的晶界和亚结构的强化作用为主,同时微量B也起到一定程度的强化作用;正火+回火状态T23钢为回火粒状贝氏体组织,大部分M/A组元分解消失,沉淀相大量沉淀析出,第2相主要为M23C6和MX,回火不充分的情况下会有亚稳过渡相M3C和M7C3型碳化物存在,强化机理包括固溶强化、沉淀强化,以及贝氏体基体的晶界和亚结构等强化作用。

T23钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线

利用膨胀法和差热分析法结合金相-硬度法测定T23钢过冷奥氏体的连续冷却曲线(CCT图)。由差热分析仪测得了临界点Ac1、Ac3、Ar1和Ar3,由Gleeble-1500热模拟机测定T23钢以不同冷却速度连续冷却时的膨胀曲线和Ms,获得了该钢的连续冷却转变曲线。研究了T23钢连续冷却过程中奥氏体转变过程及转变产物的组织。通过对CCT图的分析,确定铁素体、贝氏体、贝氏体/马氏体复合相冷却速度。

预热和焊后热处理对T23钢接头力学性能的影响

为优化焊接工艺,解决水冷壁T23接头焊缝在运行中容易出现裂纹的问题,测试了T23接头在4种不同工艺(不预热、焊后不热处理,不预热、焊后热处理,预热、焊后不热处理,预热、焊后热处理;预热温度为150℃,焊后热处理工艺为740℃、0.5 h)下的硬度和冲击韧性,并观察了显微组织的变化。研究结果表明,预热对T23接头硬度的影响不大,但增大晶粒尺寸和过热区的宽度,对焊缝和热影响区(HAZ)的韧性均有不利影响;焊后热处理明显降低焊缝和HAZ的硬度,虽然对HAZ韧性影响很小,但可改善焊缝的韧性。建议预热温度不超过150℃或取消预热,进行焊后热处理以保证接头的长期服役性能。

T23钢的热变形行为

利用Gleeble-1500热模拟机进行热压缩实验,对T23钢在变形速率为0.01～5 s-1,变形温度为1000～1250℃的热变形行为和组织进行研究。根据实验获得的真应力-真应变曲线,基于动态材料模型建立了热加工图,并推导出流变应力方程。结果表明:T23钢在热压缩过程中存在动态回复和动态再结晶两种软化机制,变形温度越高或变形速率越小,越容易发生动态再结晶。真应变量为0.5和0.6的加工图具有4个类似的失稳区,功率耗散效率因子的分布规律大致相同,峰值区在1175～1240℃和0.03～0.25 s-1范围,对应的峰值效率分别为47.3%(0.5)和46.3%(0.6)。流变应力方程中,结构因子A、应力水平参数α、应力指数n分别为5.23×1012s-1、0.01155 MPa-1和4.46869,热变形激活能为368.65 kJ/mol。

2.25Cr-1.6W(T23)铁素体耐热钢服役过程中的组织演变研究

通过OM,TEM,SEM和EDS等方法对正火态、供货态、高温服役老化T23试样的微观组织演变进行了分析,探讨了T23中碳化物的演化规律及对性能的影响。结果表明,在长期高温高压运行后,T23钢贝氏体铁素体基体和小岛中的马氏体将发生回复,晶内小颗粒M23C6型碳化物逐渐消失,大颗粒M23C6型碳化物在晶界聚集、长大,随着运行温度的升高和服役时间的延长,M23C6型碳化物逐渐转变为富W的M6C型碳化物;研究指出了大颗粒碳化物沿晶界聚集长大并呈链状分布,尤其是富W的M6C相的大量出现是性能发生退化的主要原因。

国产T23钢焊缝区显微组织分析

对国产T23钢焊条电弧焊接头焊缝区显微组织进行了研究。结果表明，根部焊道焊态下的组织由等轴铁素体和粒状贝氏体组成，经740℃和760℃回火后为粒状贝氏体和条状铁素体组织，在其基体上有弥散分布的点状析出物。覆盖焊道焊态下组织由粒状贝氏体和少量铁素体组成，740℃和760℃回火时为回火贝氏体组织，在690～740℃回火后形成少量聚集的粒状物，当回火温度为760℃时该粒状物分解、消失。过热区焊态下的组织由粒状贝氏体和条状马氏体组成，回火温度在690～740℃时，晶界显现，晶粒有所长大，并有大量粒状物在晶界处出现；经760℃回火处理后，原奥氏体晶界模糊、不连续，表现为回火贝氏体和回火索氏体组织，尺寸不一的点状析出物分布于基体上。

焊后热处理对T23钢热影响粗晶区微观组织的影响

采用Gleeble-3500热模拟试验机和热处理炉对T23钢进行了焊接热模拟和焊后热处理试验,并运用金相、硬度、扫描电镜试验,研究了不同的焊后热处理温度对T23钢热影响粗晶区(CGHAZ)微观组织的影响。结果表明,焊态热模拟CGHAZ组织类型主要是板条马氏体和贝氏体的混合组织,具有很高的硬度。随着热处理温度的提高,CGHAZ晶粒趋于细化,硬度逐渐降低。但在700℃下,晶界出现了微孔洞和含W碳化物,硬度剧烈升高,应避免在此温度进行热处理。最后确定T23钢合理的焊后热处理为750℃×2 h,可以获得良好的强韧性匹配。

T23钢高温持久微观组织演变研究

通过分析T23钢常规组织状态及其在550℃、600℃、650℃高温持久试样的微观组织,研究了T23钢高温蠕变过程中的组织演变及对性能的影响。结果表明,蠕变断裂过程中,MX稳定性较好,但M7C3数量逐渐减少,M23C6聚集、长大,并且有少量M23C6转变为M6C;贝氏体铁素体基体和奥氏体小岛中的马氏体不断回复、再结晶,位错密度下降。认为温度越高,组织演变进程越快,性能退化越明显。

国产T23钢再热裂纹敏感性试验研究

采用斜Y型坡口焊接裂纹试验方法研究再热温度对国产T23钢再热裂纹敏感性的影响,探讨国产T23钢再热裂纹形成机理。结果表明,国产T23钢有再热裂纹倾向,再热裂纹敏感温度区间为550～690℃,在620℃时再热裂纹敏感性最大,再热760℃则无再热裂纹产生。分析认为,晶界的弱化和晶内的强化是T23钢再热裂纹形成的内因,外因则是高拘束导致的焊接残余应力。