基于深度敏感压痕研究高温时效对HR3C/T92异种钢焊接接头局部力学性能的影响

应用深度敏感压痕技术(DSI)研究了高温时效对HR3C/T92焊接接头局部力学性能的影响。通过引入压痕特征参量来表征焊接接头各区域的强度、塑性与韧性,采用Oliver和Pharr方法计算弹性模量,并结合微观组织结构演化对时效后HR3C/T92焊接接头局部力学性能的变化进行了分析。结果表明:高温时效后,HR3C侧与焊缝的强度增强,塑性与韧性下降,但在T92一侧,力学性能的变化与之相反;高温时效后,HR3C侧与焊缝中析出大量的第二相粒子;在T92一侧,马氏体板条出现回复,位错出现湮灭。

T92/HR3C异种钢焊接接头的组织结构和力学性能

采用ERNiCr-3和ERNiCrMo-3两种镍基焊丝,用气体保护钨极电弧焊(GTAW)法实现T92/HR3C异种钢管焊接。研究了接头的显微组织及其力学性能,以及焊后热处理对接头组织结构及力学性能的影响等。结果表明:T92/HR3C异种钢接头焊缝为胞状树枝晶组织,T92侧热影响区(HAZ)主要由过热区、粗晶区及细晶区构成;HR3C侧HAZ没有明显晶粒长大的现象,但晶界、晶内有碳、氮化物析出。ERNiCrMo-3焊接接头的强度、塑性及硬度较高,拉伸断裂位于母材;而ERNiCr-3焊接接头强度、硬度较低,但冲击韧性较高,拉伸断裂位于焊缝。760℃、30 min焊后热处理,有助于改善两种焊接接头的综合力学性能。

T92/HR3C异种钢焊接接头高温拉伸变形及断裂行为

采用500℃和625℃拉伸试验,研究T92/HR3C异种钢管接头的高温变形及其断裂行为。结果表明,在高温拉伸过程中,焊缝、T92侧热影响区(HAZ)及母材(不包含颈缩段)均未发生明显的塑性变形及组织结构的变化,而HR3C侧母材晶粒明显被拉长,HR3C侧HAZ的拉伸变形不明显。HR3C母材塑性变形量随温度升高而明显降低,孪晶回复越少。高温拉伸断口位于T92侧HAZ的细晶区(FGHAZ),呈正断加剪切断的混合断裂方式,均与室温状态下该焊接接头的拉伸变形及断裂行为不同。应力三轴度理论可很好地解释该接头高温短时拉伸变形及断裂特征。

新型耐热HR3C/T92异种钢接头的显微组织和性能

采用HIG-370镍基焊丝,通过手工钨极氩弧焊(GTAW)对HR3C和T92耐热钢进行焊接;利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪,并通过拉伸、弯曲、冲击和硬度试验等研究了HR3C/T92异种钢焊接接头的显微组织和性能。结果表明:获得的HR3C/T92异种钢接头强度、塑韧性良好,拉伸接头断于T92钢母材处;焊缝基体组织为奥氏体胞状枝晶,组织中的析出相主要为M23C6和NbC,HR3C钢及其侧热影响区的组织为奥氏体和M23C6、Nb(C,N)析出相,而T92钢及其热影响区的组织为回火马氏体和M23C6析出相。

超超临界机组用T92/HR3C异种钢焊接接头性能研究

采用HIG-370镍基焊丝,利用手工钨极氩弧焊方法焊制T92/HR3C异种钢焊接接头,并对接头进行拉伸、弯曲、冲击和硬度试验。结果表明,采用HIG-370镍基焊丝作为填充金属,根据制定的焊接工艺进行焊接,获得了强度、塑韧性良好的T92/HR3C异种钢接头,说明所制定的焊接工艺是适宜的。

T92/HR3C异种钢焊接接头蠕变断裂研究

针对采用手工氩弧焊GTAW打底,手工电弧焊SMAW焊接的T92/HR3C异种钢接头,在USC条件下对接头进行蠕变断裂加速试验,并分析蠕变断口微观形貌,研究结果表明:不同载荷条件下的蠕变断裂的位置不同;T92/HR3C异种钢焊接接头蠕变断裂属于韧窝聚集型韧性断裂;T92/HR3C异种钢焊接接头在大容量超超临界机组(USC)条件下服役是完全安全可靠的。

T92/HR3C异种钢接头的蠕变损伤演化

对T92/HR3C异种钢焊接接头进行温度为650℃、应力为90 MPa的系列蠕变中断试验,利用光学显微镜、扫描电子显微镜对经过不同蠕变寿命分数试样的显微组织和蠕变孔洞损伤进行了观察与定量,并测试了接头蠕变断裂后的硬度分布.结果表明,T92/HR3C异种钢接头断裂在T92侧细晶粒热影响区(FGHAZ),断裂方式为IV型开裂,接头镍基焊缝和HR3C侧未见孔洞损伤.接头T92侧FGHAZ的蠕变损伤过程可划分为3个阶段,在蠕变初期(<40%t_(f),t_(f)为断裂寿命),FGHAZ的孔洞数量很少;在蠕变中期(60%t_(f)~80%t_(f)),蠕变损伤快速积累,孔洞数量急剧增加,并出现少量微裂纹;在蠕变寿命的后期(>80%t_(f)),大量微裂纹形成并扩展形成宏观裂纹.接头中T92侧FGHAZ的硬度最低,蠕变性能劣化最严重,加上在高温蠕变过程中存在Laves相粒子的析出和长大,促进了蠕变孔洞损伤的形成.

HR3C/T92钢EPRI P87焊材异种钢接头的组织与性能

采用EPRI P87镍基焊材钨极氩弧焊制备了超超临界机组用HR3C/T92异种钢接头。采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、万能材料试验机、热膨胀仪等测试了焊接接头的显微组织及力学性能。测试结果表明,焊缝金属为奥氏体胞状枝晶,T92钢同焊缝金属熔合线区域未见明显析出相,HR3C钢熔合线附近焊缝金属呈现外延生长。焊缝金属的含Cr量同T92钢基体接近,可以有效抑制碳迁移现象,焊接接头具有良好的高温强度及冲击韧性,热膨胀系数同T92钢接近。EPRI P87焊材在超超临界机组异种钢焊接应用领域具有较好的应用潜力。

超温运行对T92/HR3C异种钢焊接接头的影响

文中通过实验室检测分析,确定了T92/HR3C异种钢焊接接头失效的主要原因为超温运行。利用经验公式和有限元方法分析计算了管段和焊接接头处的应力大小和分布,并通过力学分析的方法初步评估了超温运行对异种钢焊接接头蠕变寿命的影响。分析表明,超温运行会提升熔合线处T92钢管段的整体应力水平,大幅缩短其蠕变寿命,促使异种钢焊接接头沿铁素体侧熔合线断裂。

HR3C/T92异种钢焊接接头650℃时效后的组织和韧性

利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪,并通过冲击试验研究了HR3C/T92异质接头650℃时效后微观组织和冲击韧性的变化。结果表明,在650℃时效500 h后焊缝和近HR3C钢一侧的热影响区为单一奥氏体,近T92钢一侧粗晶区由于发生回复,马氏体板条碎化;随着时效时间的延长,接头组织中析出相数量逐渐增多,时效500 h后焊缝中的析出相类型为M23C6和Nb(C,N)。650℃时效后焊缝仍具有较高的韧性,而近T92钢一侧的热影响区冲击功呈现缓慢下降趋势。

超超临界电站锅炉用新型管材的研制

介绍了我国电站锅炉向大容量、高参数发展趋势和对新型管材的要求,以及宝钢T23,T91,T92高压锅炉管新产品研制情况。经评定表明,宝钢T23,T91,T92各项技术指标和性能均符合ASME SA—213标准要求,可以替代进口产品,适合制造超超临界电站锅炉。同时,为了满足超超临界电站锅炉屏式过热器、高温过热器、高温再热器关键材料国产化的要求,宝钢又开展了S30432(Super304H)及TP310HNbN(HR3C)钢的研制,并可在近期提供给锅炉行业,以满足锅炉行业制造超超临界电站锅炉的需求。

超超临界机组高温再热器出口爆管原因分析

文中通过对高温再热器出口开裂及未开裂的异种钢接头进行理化检测、力学性能、扫描电镜等分析,发现T92钢侧热影响区韧性不足,脆性较大;裂纹出现在热影响区细晶区,裂纹周围较大范围内可见较多蠕变孔洞,孔洞多分布于原奥氏体晶界上,孔洞连接形成微裂纹,具有明显Ⅳ型裂纹特征,查询温度记录发现该区域存在多次超温记录。其次,对高温再热器出口开裂异种钢接头区域进行结构应力分析,发现开裂焊接接头在大小头变径区,同时异种钢焊缝承受弯曲应力较大。综上可知,异种钢焊缝结构设计不当及存在多次超温现象是导致异种钢接头出现蠕变开裂失效的主要原因。