P92钢高温管道焊接接头Ⅳ型裂纹形成原因及防止措施

通过对2个P92钢高温蒸汽管道焊接接头细晶区软化带晶界孔洞聚集型Ⅳ型蠕变开裂失效案例的分析研究,发现9Cr马氏体耐热钢高温蒸汽管道焊缝Ⅳ型蠕变开裂是从材料表面和内部的晶界处同时孕育较多的蠕变孔洞,经历从蠕变孔洞→聚集成串→宏观开裂的过程,孕育初期时间较长,受各类无损检测方法检测能力的限制,孔洞阶段一般很难被早期发现,但Ⅳ型蠕变裂纹一旦出现,内外同时扩展,速度非常快,具有较大安全隐患。文中提出的加强高温管道支吊和膨胀的日常检查维护管理,必要时进行管道应变监测分析预警,是当前预防9Cr马氏体耐热钢高温蒸汽管道焊接接头Ⅳ裂纹泄漏的有效措施。

P92钢焊接接头蠕变-疲劳交互作用下高温断裂参量表征及失效评定曲线的建立

在610℃下,对超超临界火电机组用P92钢主蒸汽管道的焊接接头进行了蠕变-疲劳交互作用裂纹扩展试验。获得了蠕变-疲劳裂纹扩展速率,并进行了高温断裂参量的表征,同时,结合P92钢焊接接头蠕变与拉伸试验,建立了P92钢焊接接头材料与时间相关的失效评定曲线(TDFAD)。研究结果表明,试样断口微观形貌特征显示出其蠕变–疲劳交互作用下的裂纹扩展主要是由蠕变因素主导的。每条蠕变裂纹扩展速率与高温断裂参量C*的关系曲线中均存在一个拐点,这个拐点的产生过程即为蠕变裂纹扩展的孕育阶段。采用修正R6中Option2的方法建立了TDFAD,该方法充分考虑了蠕变因素的影响,能够获得较安全的评定结果。

P92钢焊接接头持久强度及微观组织分析

通过对SA335P92钢焊接接头进行600℃×104h高温持久性能试验,外推焊接接头600℃下105h的持久强度值为116 MPa.借助金相分析仪、透射电镜和能谱仪分析了P92钢焊接接头高温持久试验前后的组织结构.结果表明,原始P92钢焊接接头的金相组织为回火马氏体,主要的沉淀相有M23C6碳化物,晶内存在高密度的位错.经过9 395.8 h的高温持久试验后,显微组织仍为板条状马氏体组织,高密度的位错依然存在,晶内的析出相增加,析出相以M23C6为主.钢种力学性能取决于微观组织的变化,蠕变试验后基体的板条状马氏体和大量的位错以及析出弥散的以M23C6为主的碳化物是材料保持高强度的重要原因.

焊后热处理对P92钢焊接接头显微组织和力学性能的影响

采用光学金相显微镜和力学性能测试等方法,研究了电阻履带式和中频感应两种不同的焊后热处理方法对P92钢焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:中频感应处理下的焊缝组织较为细小,马氏体板条界面变得更加模糊;焊接接头各层母材、热影响区及焊缝硬度值分布均匀,内、中和外层的硬度差值较小;焊缝及热影响区冲击吸收能量沿壁厚方向分布较为均匀,且均高于P92母材标准要求值。因而,中频感应加热法不仅可以很好地改善焊缝组织,而且在壁厚方向上,可以使焊缝韧性等力学性能更加均匀。