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。

2.25Cr1Mo0.25V耐热钢研究现状

本文首先综述了2.25Cr1Mo0.25V耐热钢的冲击性能、焊接性能、低温冲击性能、高温蠕变条件下微观组织的演化等性能的研究现状,着重介绍了各种温度条件对这种材料的性能影响。主要综述了这种材料的韧性、硬度等力学性能经过不同热处理工艺的相关研究。展望了2.25Cr1Mo0.25V耐热钢的应用前景及运用于增材制造的可能性。

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。

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。

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。

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。

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。

工业用钢2.25Cr-1Mo与2.25Cr-1Mo-0.25V的性能对比分析

主要从化学组成、力学性能及焊接性能等方面阐述工业用钢2.25C r-1Mo与2.25C r-1Mo-0.25V的性能差异,通过分析,表明2.25C r-1Mo-0.25V钢在一定的焊接条件下具有良好的焊接性,其抗回火脆化性能能力远优于2.25C r-1Mo钢。

基于松弛应变控制的2.25Cr1Mo0.25V钢焊接接头CGHAZ再热裂纹开裂判据

针对2.25Cr1Mo0.25V钢焊接接头热影响区的粗晶区(CGHAZ)中再热裂纹问题,通过热模拟试验筛选出合适的热模拟工艺,获得与实际焊接CGHAZ相似的材料;采用高温应力松弛试验,研究CGHAZ中的再热开裂行为,通过对试验结果分析并结合前人研究经验,发现可用临界断裂松弛应变作为2.25Cr1Mo0.25V钢焊接接头CGHAZ再热开裂判据。

2.25Cr1Mo0.25V钢高温蠕变条件下微观组织的演变

研究了高温蠕变过程对加氢反应器母材用钢显微组织的影响。试样经焊后模拟热处理后,对其常温拉伸、高温拉伸及相同载荷、不同温度下的高温持久强度进行分析,并对试样的断口以及微观组织分别在光镜、扫描和透射电镜下进行观察,重点对高温蠕变持久过程中位错的演变和析出相的聚集长大规律进行了研究。结果表明,在210 MPa加载应力下,随测试温度的升高,马氏体板条逐渐退化,位错密度逐渐降低,析出相尺寸粗化严重,导致高温持久断裂时间显著降低。

2.25Cr1Mo0.25V钢制锻焊反应器壳体的焊接制造

主要介绍2.25Cr1Mo0.25V钢制锻焊反应器壳体的焊接要点,通过焊接工艺评定验证焊材选用、焊前预热、道间温度、后热消氢及焊后热处理的可行性。按合格的焊评报告编制焊接工艺指导焊接产品,取得了成功。

2.25Cr-1Mo-0.25V钢加氢反应器制造特点

介绍了2.25Cr-1Mo-0.25V钢加氢反应器主体材料的化学成分及加V钢设备的焊接特点,焊接过程中焊接工艺参数方法的选择,对焊前、焊中、焊后的难点进行总结,并对2.25Cr-1Mo-0.25V钢容器制造提出展望,合理的焊接工艺是2.25Cr-1Mo-0.25V钢容器生产的前提和保证。

2.25Cr1Mo0.25V钢非拘束焊接接头焊后热处理

介绍国内外有关2.25Cr1Mo0.25V钢加氢反应器非拘束焊接接头焊后热处理研究现状和进展,有关标准和技术文件对该问题的规定,以及中国一重在该方面的实际应用情况,提出应综合考虑氢扩散、残余应力和焊接接头韧性三个因素对该类焊接接头焊后热处理的选择开展深入研究。