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。

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.

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。

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。

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。

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。

2.25Cr-1Mo-0.25V钢的焊缝回火脆化研究

实际生产中发现,同一牌号、不同批次的熔敷金属阶冷后脆化倾向明显不同。对2.25Cr-1Mo-0.25V焊缝的化学成分、力学性能、韧脆转变温度以及金相显微组织进行了研究,认为产生回火脆性是由于Si和Mn含量较高、磷元素以及碳化物在晶界上偏聚所致。

国产2.25Cr1Mo0.25V锻钢高温低周疲劳性能

在455℃完成了国产2.25Cr1Mo0.25V锻钢的低周疲劳试验。该锻钢呈循环软化特性,疲劳寿命随循环应变幅的增加而大幅缩短,应变幅-疲劳寿命符合Basquin-Coffin-Manson方程。根据ASME锅炉与压力容器规范获得国产2.25Cr1Mo0.25V锻钢的疲劳设计曲线,并与ASME-NH中2.25Cr1Mo钢设计曲线对比。

2.25Cr-1Mo-0.25V钢焊缝与母材的性能试验研究

采用埋弧自动焊焊接2.25Cr-1Mo-0.25V钢,对母材和焊缝的化学成分、力学性能、回火脆化敏感性进行了测定和显微组织观察。结果表明,母材与焊缝金属的化学成分及综合力学性能虽然都满足技术要求,但是母材组织均匀细小,回火脆性最小;焊缝区域晶界上有黑色颗粒物聚集;焊接热影响区的组织不仅粗大,晶界也有黑色偏聚物,因此仍是薄弱环节。

2.25Cr-1Mo-0.25V钢应力腐蚀裂纹扩展速率试验

把2.25Cr-1Mo-0.25V钢用线切割方法做成了楔形张开加载预裂纹试样,通过预加载荷和预加位移量的标定及确认,在不同浓度的H2S溶液中进行了应力腐蚀试验。采用恒定位移法,确定了2.25Cr-1Mo-0.25V钢应力腐蚀裂纹扩展速率和腐蚀临界应力强度因子。

2.25Cr-1Mo-0.25V钢的晶粒长大规律

采用金相和透射电镜(TEM)等手段研究了2.25Cr-1Mo-0.25V钢在940～1200℃分别保温2h和6h情况下的奥氏体晶粒长大规律.结果显示这种钢的晶粒粗化温度为980℃,第二相质点的尺寸和体积分数的比值决定了奥氏体晶粒的粗化程度.

热循环峰值温度对2.25Cr1Mo0.25V钢组织和性能的影响

采用Gleeble-1500热模拟试验机在不同的峰值温度条件下对2.25Cr1Mo0.25V钢焊接热影响区组织与性能进行模拟研究。通过金相及断口分析,研究与讨论了热循环峰值温度对2.25Cr1Mo0.25V钢组织与性能的影响。试验结果表明,峰值温度为1200℃时组织粗大、韧性差。峰值温度为1000℃时晶粒细小、组织分布均匀且韧性最好。峰值温度分别为750与620℃时的组织与未循环材料相近,韧性较好。

2.25Cr-1Mo-0.25V钢焊材用Gleeble再热裂纹试验参数研究

2008年以来,为防止钒改进钢(2.25Cr-1Mo-0.25V)制加氢反应器出现再热裂纹,钒改进钢焊接材料均采用Gleeble再热裂纹试验确定焊缝金属的韧性储备。为研究Gleeble再热裂纹试验中的部分试验参数对试验结果的影响,对由钒改进钢制成的Gleeble试样进行一次焊接热循环模拟获取热影响区组织后,在不同参数值下进行Gleeble再热裂纹对比试验。试验结果表明,试样取样位置对试验结果影响较小,应变速率的变化对试验结果影响很大,保温时间在达到10 min之后对试验结果基本没有影响,为合理选择Gleeble再热裂纹试验参数提供了依据。

焊接热循环峰值温度对2.25Cr1Mo0.25V钢断口形貌的影响

采用焊接热模拟方法、金相分析和扫描电镜试验,研究了不同峰值温度对2.25Cr1Mo0.25V钢焊接热影响区显微组织及断口形貌的影响。结果表明,峰值温度分别为750与850℃时,断口形貌为韧窝断裂。峰值温度为1000℃时,韧窝数量更多且分布均匀。峰值温度分别为1200与1320℃时,断口形貌为解理断裂。断裂方式从韧窝型变为解理型。

铸态2.25Cr1Mo0.25V钢的高温热变形行为

采用Gleeble-1500D热模拟试验机,对铸态2.25Cr1Mo0.25V钢在不同温度(950℃,1 050℃,1 150℃,1 250℃)不同应变速率(0.005 S-1,0.01 S-1,0.1 S-1)的条件下做热压缩试验,得到不同条件下的应力应变曲线,并分析热力学参数对曲线的影响。结果表明,随着形变温度的升高和应变速率的减小,流变应力减小,峰值应力和应变降低;确定了热变形激活能和建立了本构方程。

锻态2.25Cr1Mo0.25V钢奥氏体晶粒长大规律的研究

采用金相手段研究了2.25Cr1Mo 0.25V钢在不同保温温度和不同保温时间下的奥氏体晶粒长大规律,并建立了晶粒长大模型。结果显示:该钢的粗化温度为1 100℃,当温度达到1 250℃时,晶粒不会再有明显的长大趋势。加热温度对平均晶粒尺寸的影响明显大于保温时间。

2.25Cr1Mo0.25V钢的再热开裂应变判据

在不同参数下制备了2.25Cr1Mo0.25V钢焊接接头热影响区粗晶区(CGHAZ)的热模拟试样,通过与实焊接头CGHAZ硬度、晶粒度和组织的对比,确定最佳热模拟参数;采用该参数得到模拟CGHAZ试样,研究了其在675℃下的应力松弛行为,分析了再热开裂过程并得到再热开裂应变判据。结果表明:最佳热模拟参数为热输入30kJ·cm-1、预热温度200℃、加热速率1 000℃·s-1、峰值温度1 320℃、峰值温度停留时间1s,所得CGHAZ试样的组织为板条贝氏体,晶粒度级别为4.5级;CGHAZ试样在不同初始应力下的应力松弛行为相似,其临界失效蠕变应变均在0.31%左右;该临界失效蠕变应变可视为再热开裂应变判据,也可作为表征CGHAZ再热裂纹敏感程度的蠕变应变分界点,用于评价该钢的焊后热处理工艺。

2.25Cr-1Mo和2.25Cr-1Mo-0.25V钢加氢反应器材料和制造经验

介绍了ASME规范和API标准对2.25Cr-1Mo钢和2.25Cr-1Mo-0.25V钢材料和制造方面的规定,梳理总结了国内外专利商技术文件对2.25Cr-1Mo钢和2.25Cr-1Mo-0.25V钢焊材和母材在回火脆性、力学性能、再热裂纹等方面的要求。