基于数字图像相关技术的微合金化25Cr35NiNb钢焊接接头蠕变变形表征

采用数字图像相关(DIC)技术通过分区引伸计与平均化法获得了在900℃和不同应力水平(37~55 MPa)下乙烯裂解炉管常用微合金化25Cr35NiNb钢焊接接头不同区域的高温蠕变应变曲线,结合显微组织分析探讨了蠕变损伤机理;采用由DIC技术获得的高温蠕变变形数据和基于遗传算法的全局优先算法进行参数识别,建立基于双曲正弦函数的蠕变本构模型,采用该模型对不同应力水平下焊接接头不同区域的蠕变变形行为进行预测,并进行试验验证。结果表明:在相同应力水平下焊接接头焊缝区域的最小蠕变应变速率比母材区域小,说明焊缝区域的抗蠕变变形能力优于母材区域;与焊缝区域相比,母材区域更早进入蠕变第三阶段,且蠕变变形更大,靠近熔合线3~5 mm处母材区域是整个焊接接头的薄弱区域。随着应力水平的降低,母材区域的骨架状碳化物M_(7)C_(3)相向块状、链状M_(23)C_(6)相转变,蠕虫状NbC相向粗大块状G相转变,同时晶内析出大量弥散分布的M_(23)C_(6)二次碳化物,G相与基体界面处形成蠕变空洞并相互连接形成裂纹;不同应力水平蠕变试验后焊缝区域组织仍保持骨架状形态,蠕变损伤程度较小。蠕变本构模型预测得到的蠕变应变与试验结果吻合较好,平均相对误差小于5%,说明该模型能够较好地预测微合金化25Cr35NiNb钢焊接接头的非均质蠕变变形行为。

基于磁感应强度的25Cr35NiNb+MA裂解炉管渗碳检测研究

采用基于磁感应强度变化原理的渗碳检测仪,对服役后不同渗碳程度的25Cr35Ni Nb+MA材质乙烯裂解炉管进行磁感应强度检测,通过系列理化试验,对上述炉管渗碳层厚度进行检测。检测结果表明:针对25Cr35Ni Nb+MA材质乙烯裂解炉管,采用渗碳检测仪的磁感应强度检测输出值与炉管渗碳层厚度之间具有良好的对应关系,为渗碳检测仪对在役乙烯裂解炉管渗碳层厚度的检测提供依据。同时,还对不同渗碳层厚度25Cr35Ni Nb+MA材质乙烯裂解炉管不同部位典型组织进行了表征。

Si对离心铸造25Cr35NiNb+微合金乙烯裂解炉管抗氧化和抗渗碳性能的影响

开展了不同Si元素含量对25Cr35NiNb+微合金乙烯裂解炉管抗高温氧化和抗渗碳性能的影响研究。结果表明,Si含量在1.33%~1.93%范围内,炉管室温和高温力学性能与Si含量之间没有明显规律;Si含量在1.53%~1.91%范围内,随着Si含量的提高,炉管抗高温氧化和抗渗碳性能显著增强。同时还给出了25Cr35NiNb+微合金乙烯裂解炉管中Si元素含量的推荐值。

Ti和Zr元素对离心铸造25Cr35NiNb钢炉管组织和性能的影响

采用直读光谱仪、场发射扫描电镜、高温持久试验机对离心铸造25Cr35NiNb钢炉管中Ti和Zr含量对其微观组织及力学性能的影响进行了研究。结果表明:Ti和Zr的微量添加改善了钢炉管晶界碳化物析出,显著影响高温持久性能。在Zr含量为0.136wt%的炉管原始铸态奥氏体组织中发现(Nb,Zr)C和ZrC析出物,经过高温持久试验后组织中含铌相主要为NbC,未发生G相转变;Ti和Zr含量分别为0.111wt%和0.10wt%的炉管原始铸态奥氏体组织中含TiC、(Nb,Ti)C和ZrO析出物,经过高温持久试验后,组织中含铌相主要为(Nb,Ti)C,未发生G相转变。25Cr35NiNb炉管材料在高温时,钛和锆碳化物的形成延缓了NbC向G相组织的转变。在试验温度1100℃、应力17MPa下,Ti+Zr含量为0.06wt%~0.18wt%时,离心铸造25Cr35NiNb炉管具有较长的高温持久断裂时间。

雾化法制备25Cr35NiNb合金粉末性能研究

采用真空气雾化(VGA)和等离子旋转电极雾化(PREP)两种方法分别制备了粒径为53~150μm的25Cr35NiNb合金粉末,使用OM、SEM、XRD、激光粒度分析仪、霍尔流速计、松装密度计、ICP光谱仪、氧氮氢分析仪、碳硫测定仪等对两种粉末进行了系统的检测,对比研究两种雾化法制备粉末的性能,以及激光定向能量沉积件的物理性能。结果表明,两种粉末内部均为非平衡凝固形成的单相奥氏体柱状晶组织,VGA粉末(9.38%)的孔隙率明显高于PREP粉末(2.94%);VGA粉末的球形度明显低于PREP粉末,导致其流动性相对较差(VGA:16.04 s/50g,PREP:13.80 s/50g),松装和振实密度相对较低(VGA:4.41 g/cm^(3)和5.06 g/cm^(3),PREP:4.64 g/cm^(3)和5.31 g/cm^(3));而且PREP粉末的粒径分布更窄,氧和氮的含量也更低。因此,PREP粉末激光定向能量沉积件的致密度和高温持久性能明显更优。

服役5年后乙烯裂解炉管的组织与性能研究

采用场发射扫描电子显微镜、维氏硬度计和高温持久试验机等对服役5年后25Cr35NiNb＋微合金和35Cr45NiNb＋微合金炉管的组织与性能进行了研究。结果表明：经过5年的高温服役，25Cr35NiNb＋微合金炉管外壁时效区组织为G相（Ni16Nb6si7）和M23C6型碳化物，内壁渗碳区组织为颗粒状NbC和M7C3型碳化物；35Cr45NiNb＋微合金炉管外壁时效区组织为G相和M7C3型碳化物，内壁渗碳区组织为颗粒状、块状NbC、G相和M7C3型碳化物。相较于外壁时效区，两种材料内壁渗碳区硬度值升高约10％～15％，内壁渗碳后的炉管材料高温持久性能显著下降。

制氢转化炉管服役过程中组织性能研究

研究了制氢转化炉用25Cr35NiNb+微合金炉管服役过程中组织演变及其对性能的影响。采用场发射电子显微镜(FE-SEM)对炉管微观组织进行表征,并通过室温拉伸试验机和高温持久试验机对炉管的力学性能进行测试。结果表明,初期服役过程中,晶界骨架状碳化物粗化,向链状转变,NbC向G相(Ni16Nb6Si7)转变,晶内析出二次碳化物。随着服役时间延长,二次碳化物在晶界聚集,晶界碳化物继续粗化至块状;炉管服役过程中抗拉强度和屈服强度逐渐降低,断后伸长率显著下降;服役8年的炉管,高温持久断裂时间较未服役炉管下降了约90%。

微合金化元素对离心铸造炉管焊接接头组织和性能影响

针对添加Ti, W等微合金化元素的离心铸造炉管焊接接头,研究了微合金元素对焊接接头组织和力学性能影响规律及作用机理.结果表明.在1 050℃、14~25 MPa条件下,使用Ti和W元素微合金化的25Cr35NiNb和35Cr45NiNb炉管焊接接头高温性能显著高于未微合金化焊接接头.微合金元素Ti显著影响炉管焊接接头组织,Ti元素含量高的焊接接头原始焊态组织中含NbTiC,经过高温时效后,组织中含铌相主要为NbTiC,在蠕变空洞周围局部转变为G相(Ni16Nb6Si7);Ti元素含量低的焊接接头原始焊态组织中含NbTiC和NbC,经过高温时效后全部转变为G相.微合金元素W主要通过固溶强化的方式,提高炉管焊接接头的高温性能.