长时服役13MnNiMoR钢中非金属夹杂物行为及其影响

对运行14年后因裂纹和非金属夹杂物而被更换的13MnNiMoR钢制电站锅炉汽包下降管接管座进行解剖,通过化学成分分析、力学性能检测、显微组织和缺陷形貌观察,分析非金属夹杂物服役过程中的行为及其影响。结果发现:服役载荷作用下,非金属夹杂物以自身开裂、界面与基体分离或端部形成孔洞等方式成为裂纹源和产生微裂纹,微裂纹相互聚合而形成宏观裂纹;对服役后的材料进行拉伸、冲击试验时,无夹杂物区域呈塑性开裂和扩展,而存在非金属夹杂物的区域,裂纹以非金属夹杂物形核,并以脆性模式开裂和扩展,导致材料的强度和塑韧性较服役前显著降低。

正火温度对超厚13MnNiMoR钢板低温冲击韧性的影响

采用不同的正火温度对超厚规格13MnNiMoR进行了热处理试验。结合金相显微镜、拉伸试验机和冲击试验机对不同热处理工艺的试验钢进行了显微组织观察和力学性能的测定。结果表明:正火温度对试验钢强度性能影响不大。860℃正火+650℃回火工艺下,试验钢的低温冲击韧性要明显优于930℃正火+650℃回火工艺下的低温冲击韧性。主要是因为较低的正火温度可以细化正火加热过程中的奥氏体晶粒,在随后空冷过程中,得到细小的铁素体晶粒,从而在室温条件下获得大量的铁素体晶界,大大地提高了吸收冲击能量的能力。

不同材料硬化模型模拟13MnNiMoR钢超厚圆筒对接环焊接残余应力

通过不同温度(20～800℃)低周疲劳试验研究了13MnNiMoR钢在循环载荷下的塑性变形行为;对低周疲劳试验数据进行拟合,得到不同温度下的硬化模型材料常数,分别采用混合硬化模型、等向硬化模型和随动硬化模型对13MnNiMoR钢超厚圆筒对接环焊接残余应力进行模拟和对比,并与X射线衍射测试结果进行对比。结果表明:13MnNiMoR钢是一种循环软化材料;不同硬化模型得到的环向残余应力预测结果的差异大于轴向残余应力的,且得到的内壁面残余应力预测结果的差异大于外壁面残余应力的;等向硬化模型高估了焊接残余应力,随动硬化模型则低估了残余应力,采用混合硬化模型预测得到的焊接残余应力与X射线衍射测试结果最接近,能够更准确地预测超厚板多层多道焊的焊接残余应力。

13MnNiMoR钢热冲压封头冲击韧度显著降低原因分析

13MnNiMoR钢板热冲压成型封头的冲击性能存在不合格现象。采用化学成分分析、力学性能测试、金相检验及模拟热处理等方法,对13MnNiMoR钢封头冲击韧度显著降低的原因进行了分析。结果表明:对于较厚的封头,正火处理后的冷却速率严重不足,致使碳化物沿铁素体晶界析出,且在高温回火过程中碳化物再次长大;在冲击过程中,封头在外力作用下容易在碳化物析出位置发生断裂,导致封头的冲击韧度显著降低至不合格。

锅炉及压力容器用60mm厚度规格13MnNiMoR钢板的研制

通过钢的化学成分设计、加热、轧制、冷却及热处理工艺的优化,在整个研制过程中进行精细化控制,成功开发出60mm厚锅炉及压力容器用13MnNiMoR钢板。实物具有良好的常温和高温力学性能,沿钢板厚度方向性能均匀,分析显示金相组织为均匀铁素体+珠光体和少量贝氏体。

中温中压容器用钢13MnNiMoR的热变形行为研究

为制定中温中压容器用钢13MnNiMoR的热加工工艺提供理论依据并实现其工业化生产,利用单道次热压缩模拟实验研究了变形温度(900~1150℃)和应变速率(0.01~1s^(-1))对其热变形行为的影响.结果表明:当应变速率低于0.1s^(-1)时,新晶粒有足够的时间进行形核和长大,奥氏体容易发生动态再结晶;当变形温度降低或应变速率增加时,实验钢在变形过程中主要发生动态回复,流变应力也随之提高.基于测定的流变应力曲线,通过拟合得到实验钢在热变形时的应力指数为4.29,动态再结晶激活能为319kJ/mol,据此建立了13MnNiMoR钢在高温变形时的热加工方程.

热循环对13MnNiMoR钢焊接热影响区显微组织和韧性的影响

通过系列焊接热模拟试验,研究了焊接热输入和焊接峰值温度对13MnNiMoR钢焊接热影响区显微组织和冲击韧性的影响。结果表明:随着焊接热输入的增加,试验钢粗晶热影响区(CGHAZ)组织中粒状贝氏体的含量增加,贝氏体铁素体板条尺寸增大,冲击韧性降低;随着焊接峰值温度的降低,热影响区的组织和韧性呈现明显变化,其中当峰值温度处于γ+α两相区(800℃)时,临界热影响区(ICHAZ)组织中形成多边形铁素体+大量的马氏体/奥氏体(M/A)组元,严重恶化了冲击韧性,成为整个热影响区中最薄弱的区域。

13MnNiMoR 钢焊接工艺

通过对乙烯装置高压汽包用低合金高强钢13MnNiMoR的焊接性分析,按选择的焊材和工艺参数进行了工艺试验,焊接接头的力学性能满足使用要求。根据工艺评定制定的焊接工艺成功完成了产品制造,对今后同类材料的焊接有参考意义。

大型容器用13MnNiMoR高强度钢的焊接试验和评定

对高强钢13MnNiMoR的特性进行了分析。通过焊接试验和焊接工艺评定制定了该钢种的焊接参数,提出了在容器生产过程中焊接13MnNiMoR时应采用的合理焊接工艺措施以及应注意的焊接要领。这些成果可以较好的防止13MnNiMoR在焊接过程中出现裂纹。已在压力容器的生产中得到了较好的应用。

锅炉用特厚13MnNiMoR钢板的研制

采用真空电子束焊接技术,将2块相同尺寸的13MnNiMoR钢连铸坯焊接成特厚铸坯,再热轧成150 mm厚的锅炉汽包用钢板,并对钢板进行了调质处理而不是通常的正火、回火。检测了钢板沿厚度方向的力学性能和显微组织。结果表明:钢板不同部位的常温和高温力学性能均满足GB 713—2014要求,组织为回火贝氏体,晶粒均匀细小,抗层状撕裂性能良好,超声波检验表明,钢板质量符合NB/T 47013.1—2015的I级。

热处理工艺对13MnNiMoR压力容器用钢组织和性能的影响

对13MnNiMoR钢热轧态、正火态和回火态下的组织进行了对比分析,进行了常温及高温拉伸性能和冲击性能试验,研究了正火、回火工艺对试验钢组织和性能的影响。试验结果表明,试验钢的力学性能均能达到要求,但接近下限;应适当降低正火温度以获得较细的晶粒,或提高Nb含量,充分利用回火时Nb的碳氮化物析出,以提高强度。