钠冷快堆蒸汽发生器用2.25Cr-1Mo钢热老化行为研究进展

中国实验快堆蒸汽发生器主要使用核级2.25Cr-1Mo钢制造。由于钠冷快堆中严苛的工作环境,蒸汽发生器传热管需要同时面对高温、高压差以及钠和水腐蚀等问题,其中部分问题引起蒸汽发生器的热老化行为,从而影响其寿命。本文调研了钠冷快堆蒸汽发生器用2.25Cr-1Mo钢热老化行为的主要影响因素,总结了开展2.25Cr-1Mo钢热老化行为研究的多种方法,提出了解决2.25Cr-1Mo钢热老化问题的措施,并对未来发展方向进行展望,以期为我国钠冷快堆蒸汽发生器部件的寿命评估和安全运行提供参考。

2.25Cr1Mo0.25V耐热钢与304不锈钢AA-TIG焊接接头组织及性能研究

采用电弧辅助活性AA-TIG焊对2.25Cr1Mo0.25V耐热钢和304不锈钢管进行异种钢材焊接,并对其焊接接头的组织、硬度及力学性能进行分析。结果表明,使用AA-TIG焊能够一次性焊透2.25Cr1Mo0.25V耐热钢和304不锈钢,得到成形良好的焊接接头。焊缝处无裂纹等焊接缺陷,焊缝处各元素在焊缝水平方向分布均匀。在靠近两侧母材的焊缝区,Cr、Fe、Ni元素有一定的梯度,但无明显偏聚。焊接接头两边的母材区硬度值较低,在焊缝区域硬度达到最大,焊缝区域的硬度波动范围在400~489 HV之间,最终拉伸试样都断在304母材上,得到的平均拉伸强度为406 MPa,最大的抗拉强度为542 MPa。

10Cr9Si1Mo1VNb钢在450℃静态铅铋中的腐蚀行为

液态铅铋腐蚀问题是制约铅冷快堆发展的主要问题,商用9%~12%Cr铁素体/马氏体钢被认为是铅冷快堆首选结构材料。本文研究了10Cr9Si1Mo1VNb钢在450℃静态饱和氧铅铋共晶(LBE)中的腐蚀行为。结果表明:10Cr9Si1Mo1VNb钢暴露在LBE后,表面氧化膜主要由外氧化层Fe3O4、次外层(Fe,Cr)3O4和SiO2、内氧化区组成;Si与Cr在氧化过程中表现出协同作用,促进次外层形成,阻碍元素扩散,提高了基体抗氧化性;腐蚀1500 h后基体表面形成连续致密的氧化层,表现出良好的耐铅铋腐蚀性能。本文提出了10Cr9Si1Mo1VNb钢在450℃静态饱和氧LBE环境下的氧化扩散过程模型,为9%Cr耐热钢在铅冷快堆系统的应用提供了一定的理论依据。

10Cr9Mo1VNbN钢管焊接及热处理工艺研究

10Cr9Mo1VNbN钢是制造锅炉炉管的优质原材料,存在焊接性较差,对热处理温度很敏感,有较大冷裂倾向,焊后易检出焊缝区及热影响区冲击韧性、硬度等力学性能指标不合格等问题。研究了10Cr9Mo1VNbN钢管的焊接工艺,通过焊接试验和焊接工艺评定优化了焊接工艺以及热处理工艺参数,提升了10Cr9Mo1VNbN钢管的焊接质量,可为类似材质产品的焊接提供焊接工艺参考。

Cr12Mo1V1钢滚丝轮断裂原因分析

某公司Cr12Mo1V1钢滚丝轮在使用中断裂.为弄清滚丝轮断裂的原因,采用直读光谱仪、洛氏硬度计、金相显微镜和扫描电子显微镜等对其进行了化学成分分析、硬度测定、断口分析和金相检验.结果表明:滚丝轮存在较多非金属夹杂物和带状及网状碳化物,增大了脆性,导致其使用中在交变载荷的作用下断裂.

回火工艺对20Cr1Mo1VTiB螺栓钢组织和性能的影响

利用SEM、TEM、EBSD等研究了回火工艺对20Cr1Mo1VTiB螺栓钢组织和力学性能的影响。回火后,该钢贝氏体板条合并长大,板条界变得模糊。随着回火温度升高和回火时间延长,板条合并长大明显。相比于700℃×4 h回火,720℃×4 h回火和700℃×6 h回火后贝氏体板条尺寸分别增加了44.98 nm和55.93 nm。随着回火温度升高和回火时间延长,20Cr1Mo1VTiB螺栓钢中的主要碳化物为VC、TiC、M_(3)C尺寸变大,形貌从方形向球形转变;同时,该钢的抗拉强度和硬度降低,延伸率和-20℃冲击韧性有所提高。

12Cr钢表面激光熔覆1Cr0.5Mo合金组织与性能研究

12Cr钢因其具有优异的高温蠕变强度及良好的抗蒸汽氧化能力,在超超临界机组中得到了广泛应用。为保证轴颈区域的耐磨性,需在其表面制备1层1Cr0.5Mo合金,但常规的埋弧焊等工艺易产生微裂纹等缺陷。文中采用激光熔覆工艺,在12Cr钢表面熔覆1Cr0.5Mo合金,并针对熔覆层的组织及性能进行研究,通过对激光熔覆试样进行成分分析、PT试验、微观金相观察、硬度测试和拉伸试验,初步验证了激光熔覆技术在保证12Cr钢表面耐磨性能方面的可行性。

12Cr2Mo1V钢凸台附加填充丝埋弧堆焊工艺研究

针对12Cr2Mo1V钢加氢反应器壳体凸台采用单丝埋弧焊进行堆焊、制造效率低的问题,研究了采用附加填充丝埋弧焊的焊接方法堆焊12Cr2Mo1V材质凸台本体的工艺可行性。研究结果表明,在12Cr2Mo1V钢上采用附加填充丝埋弧焊进行本体堆焊,焊接工艺性良好;其工艺评定试验的各项力学性能完全满足母材的要求,特别是-30℃夏比KV_(2)型缺口冲击试验冲击值均≥54 J,抗回火脆化倾向评定试验结果均满足v Tr54+3Δv Tr54≤0℃的要求。与单丝埋弧堆焊相比,两枪六丝附加填充丝埋弧堆焊凸台可提高生产效率200%~250%。该项工艺研究在满足加钒钢凸台性能的前提条件下,能极大缩短凸台制造周期、节能减排,为加氢反应器先进绿色制造的发展提供了新的制造手段。

4Cr5Mo2V钢与4Cr5MoSiV1钢组织和性能的对比

采用金相检验、冲击试验、扫描电镜及能谱分析等方法对4Cr5Mo2V钢和4Cr5MoSiV1钢的组织、性能进行对比分析,并用软件模拟计算相图。结果表明:4Cr5Mo2V钢较4Cr5MoSiV1钢的V元素含量降低、Mo元素含量升高,改变了钢中MC相的稳定性;4Cr5Mo2V钢中高熔点MC相液析碳化物的溶解温度和含量较4Cr5MoSiV1钢降低,使4Cr5Mo2V钢的冲击韧性增大。

10Cr9Mo1VNb与12Cr1MoVG异种钢焊接及热处理工艺探讨

锅炉及蒸汽管道检修改造过程中经常遇到厚壁管异种钢的焊接,为了保证焊接质量,根据标准规范选用合适的焊接材料、采用合适的焊接及热处理工艺,获得了优良的焊接接头,保证管线的安全可靠运行,希望能为以后类似管道焊接及热处理工艺的确定提供一些参考。

核用2.25Cr-1Mo钢在不同环境下的微动磨损性能

目的研究核用2.25Cr-1Mo钢在不同环境下的微动磨损性能。方法采用自制的切向微动磨损试验设备,在4种环境(温室RT/大气、RT/水、450℃/大气和450℃/液态钠)下对2.25Cr-1Mo钢进行了切向微动磨损试验。试验参数为:法向载荷20 N,运动频率5 Hz,位移幅值50μm,循环次数10^(5)和2×10^(5)。试验前,采用维氏硬度仪测量了2.25Cr-1Mo钢在室温和450℃高温下的硬度。试验后,采用Bruker白光干涉显微镜测量了磨痕的三维形貌并获得了截面轮廓和磨损量。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析磨痕表面和横截面的微观形貌以及摩擦化学反应。结果2.25Cr-1Mo钢在不同环境下表现出不同的磨损性能。450℃液态钠环境下的磨损量最大,大于450℃和室温大气环境下的磨损量;室温水环境下的磨损最小。经过10^(5)微动循环后,2.25Cr-1Mo钢在450℃液态钠和室温水环境下表现出最大和最小的磨损率,分别为4.17×10^(-6)mm^(3)/(N·m)和0.32×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。结论2.25Cr-1Mo钢在室温大气环境下的磨损机制为分层、剥落和氧化磨损;随着温度升高到450℃,大气环境下的氧化磨损加剧,伴随着剥层和“锻造流线”;室温水环境下的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损;450℃液态钠环境下的磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损和“锻造流线”,同时钠的腐蚀协同作用也加速了材料的失效。

固态相变对2.25Cr1Mo钢多道焊组织及残余应力的影响

基于Abaqus及其子程序,提出了考虑包括奥氏体相变、贝氏体相变和马氏体相变在内的固态相变的2.25Cr1Mo钢焊接模拟方法。模拟考虑了固态相变产生的相变潜热、体积变化和屈服强度改变,对2.25Cr1Mo钢平板多道焊模型的温度场、组织分布及焊后残余应力进行了计算,并研究了其规律。研究结果表明:相变潜热使得焊后贝氏体生成量增多,马氏体生成量减少。相变导致的屈服强度改变使得焊后残余应力大幅下降,相变导致的体积变化减小了焊缝内部残余应力。

基于声发射统计信息的2.25Cr-1Mo钢早期损伤判别方法

裂纹开裂是金属材料常见的损伤失效形式之一。而材料失效会经历从早期微小损伤到宏观变形的微观组织动态演化过程,如何在材料发生宏观变形之前,能够及早地发现损伤至关重要。该文基于对材料损伤失效过程不同声源的机理分析,提出了以不同声源信号数的统计占比值κ这一变量来判定表征材料早期损伤阶段的判别指标,制备6个含不同缺陷的不带堆焊层和带堆焊层的2.25Cr-1Mo钢试件,采用声发射技术对试件的弯曲损伤全过程进行在线测试,获得了6个试件早期损伤阶段的声学数据,通过对比分析以幅值和能量为主的单一参量以及基于支持向量机的多元参量κ值的统计结果,证明了利用κ值可以有效地对不带堆焊层和带堆焊层的2.25Cr-1Mo钢试件的早期损伤阶段进行判别,其中不带堆焊层试件的κ值范围为1:3.1~1:3.6之间,带堆焊层试件的κ值范围为1:2.2~1:2.6之间,具有明显的区分度。

热处理对1Cr15Ni4Mo3N不锈钢组织与力学性能的影响

对1Cr15Ni4Mo3N试验钢进行1050℃×1.5 h固溶、-73℃×2 h冷处理后,再进行不同温度、保温3 h的时效处理,采用扫描电镜、透射电镜、万能试验机、冲击试验机等检测方法研究了时效温度对试验钢组织与力学性能的影响。结果表明:试验钢固溶、冷处理后,经460℃×3 h时效,其抗拉强度、屈服强度及伸长率均达到峰值,经580℃×3 h时效的试验钢冲击功达到峰值。460℃×3 h时效的试验钢组织为含有高密度位错的板条马氏体和残余奥氏体,540℃×3 h时效试验钢的马氏体板条特征有所减弱,620℃×3 h时效试验钢中逆转变奥氏体含量明显增加。

2.25Cr-1Mo钢回火过程中碳化物析出顺序的研究

采用化学相分析的方法研究了2.25Cr-1Mo钢粒状贝氏体组织在回火过程中碳化物的变化和析出顺序.结果表明,当回火参数为18140～22000时,试验钢中析出合金碳化物的类型为M2(CN),M6C,M4C3,Cr9C3以及M23C6;合金碳化物的析出顺序为M2(CN)→M6C→M7C3,Cr7C3→M23C6,而且这些合金碳化物的变化过程是一系列重迭的阶段.

电化学充氢下2.25Cr1Mo0.25V钢氢脆敏感性研究

针对制造加氢反应器的主要材料2.25Cr1Mo0.25V钢易发生氢脆的问题,重点研究了材料氢脆发生机制,以了解该材料的氢脆敏感性。利用电化学氢渗透测试技术,通过施加阴极恒电流,使氢原子渗透进入钢中,揭示了不同环境中的氢扩散特性,同时通过结合氢渗透技术和慢速率拉伸试验方法研究了钢材的氢脆敏感性。渗氢试验结果表明:随着电化学充氢电流密度的增大以及试样厚度的减小,氢扩散系数均逐渐增大;充氢温度的倒数1/T和氢扩散系数的自然对数之间存在线性关系。慢速率拉伸试验的结果表明:随着充氢电流密度的增大,钢的断裂强度、延伸率和断面收缩减小而氢脆指数增大。当充氢电流密度超过2.5×10^(-3) A/cm^2时,钢材表现出明显的氢脆。该试验结果可为加氢反应器材料性能评价提供理论依据。

残余奥氏体对2.25Cr-1Mo钢焊缝冲击性能的影响

比较2.25Cr-1Mo钢埋弧焊焊缝经过720℃保温2 h(工艺1)以及680℃保温12 h(工艺2)的冲击性能,结果表明热处理工艺1具有更好的冲击韧度;进一步测试工艺1接头液氮处理后的冲击性能,发现冲击韧度降低,推测残余奥氏体质量分数是造成这不同热处理工艺冲击性能差异的因素。采用振动样品磁强计和电子背散射衍射技术分别研究两种热处理试样的磁极化强度和相分布,获得了两种热处理工艺处理后焊缝金属的残余奥氏体质量分数,磁法测量表明焊后经工艺1处理后存在约3%左右的残余奥氏体,而经工艺2处理后残余奥氏体为0.2%;EBSD分析结果:工艺1的残余奥氏体质量分数为3.49%,工艺2的质量分数为0.18%,证实了焊缝中残余奥氏体质量分数的变化对冲击性能具有一定的影响。

2.25Cr-1Mo-0.25V钢加氢反应器开发与制造中的一些问题

由于对尺寸增大和高设计参数加氢反应器的需求,促使要制造更大、更重的高温钢加氢反应器。20世纪80年代开发了2.25Cr-1Mo-0.25V钢。钢中添加V后影响到焊接与热处理时的氢陷阱、氢扩散与应力松弛。制造规范需要进行调整,以防止焊接接头发生硬度高、韧性低以及持久强度低和开裂等问题。本文扼要介绍了以往2.25Cr-1Mo-0.25V钢容器制造过程中发生的一些问题及国外研究工作的进展,对国内需进行的工作提出了建议。

热输入对2.25Cr1MoV钢粗晶热影响区再热裂纹敏感性的影响

再热开裂曾多次在2.25Cr1MoV钢反应器的焊接粗晶热影响区（Coarse-grained heat affected zone,CGHAZ）部位发生,却很少在＂斜Y型坡口再热裂纹试验＂中出现。考虑两者之间的热输入差异,通过Gleeble热模拟试验研究热输入对2.25Cr1MoV钢CGHAZ再热裂纹敏感性的影响,并结合显微组织观察、硬度测定及断口分析,讨论热输入、组织和性能之间的关系。结果表明,在5~100 kJ/cm的热输入范围内,CGHAZ的再热裂纹敏感性随热输入的升高而增大,当热输入为35 k J/cm时,CGHAZ在675℃对再热开裂＂高度敏感＂,限制热输入在25 kJ/cm以内,将有效降低其再热裂纹敏感性。综合分析发现,模拟CGHAZ的高温塑性与其在高温拉伸试验后硬度的变化规律之间存在良好的对应关系。当软化现象发生时,拉伸试样的断裂模式为穿晶与沿晶的混合型断裂,具有较高的断面收缩率（Reduction of area,Ro A）,当二次硬化现象发生时,其断裂模式为均一的微孔聚集型沿晶断裂,RoA显著降低。试验结果从二次硬化的角度反映了高热输入条件下CGHAZ的再热脆化机理。

热处理工艺对2.25Cr1Mo0.25V钢相变温度的影响

采用热膨胀法测试了不同热处理工艺条件下2.25CrlMo0.25V钢的相变温度Ac1和Ac3。结果表明,该钢经退火处理后的相变温度分别为797.1℃和886.2℃,经淬火处理后的相变温度分别为801.3℃和891.4℃,经调质处理后相变温度分别为809.2℃和898.7℃。不同组织对相变温度有影响,实际生产中应考虑热处理对组织和性能的影响。