T92/Super304H异种钢焊接接头服役前后力学变化及其寿命评估

火电机组中过热器,再热器等部件需应用到异种钢焊接接头来满足不同环境的需求,这要求材料具有更高的耐高温腐蚀性能、屈服极限以及抗拉强度,而服役造成的老化会很大程度影响焊接件的性能,进而影响其寿命。为了研究服役对于异种钢焊接接头T92/Super304H的力学性能的影响。通过在610℃高温状态下,对已服役和未服役的焊接接头进行了不同加载速率的拉伸试验,获得了应力应变曲线及拟合曲线,通过扫描电子显微镜(SEM)分析了断口形貌。在相同温度下,对试样加载不同应力进行蠕变试验,获得了焊接接头的本构方程和蠕变寿命预测模型,分析了其断裂原因。结果表明:已服役和未服役的焊接接头高温拉伸时断裂均发生在T92侧(T92热影响区),试样有明显的颈缩;材料的初始应力值越大,蠕变寿命越短;随着初始应力水平的增加,蠕变应变速率变化加快;寿命预测拟合曲线和实际的蠕变试验一致。

摩擦转速对Super304H摩擦焊焊接接头性能的影响

本文使用连续摩擦焊技术代替传统的氩弧焊工艺焊接Super304H钢管,摩擦焊过程中,施加不同的摩擦转速,研究不同的摩擦转速在焊接过程中对焊接接头力学性能的影响。结果表明,增加摩擦转速,焊合区和热影响区晶粒尺寸变化不明显,热影响区析出部分碳化物,显微硬度和拉伸强度随着摩擦转速增大而增大,冲击韧性随着摩擦转速增大而下降,拉伸试样断裂位置为热影响区。摩擦焊焊接接头的微观组织均匀分布和力学性能优秀。

摩擦压力对Super304H摩擦焊焊接接头性能的影响

本文使用连续摩擦焊技术代替传统的氩弧焊工艺焊接Super304H钢管,摩擦焊焊接的接头拥有均匀的微观组织和突出的力学性能。摩擦焊过程中,施加不同的摩擦压力,研究不同的摩擦压力在焊接过程中对焊接接头力学性能的影响。结果表明,增加摩擦压力,焊合区和热影响区晶粒尺寸变化不明显,热影响区析出部分碳化物,显微硬度和拉伸强度随着摩擦压力增大而增大,拉伸试样断裂位置为热影响区。

Super304H奥氏体耐热钢微观组织研究

为了深入认识新型奥氏体耐热钢Super304H(0.1C-18Cr-9Ni-3Cu-Nb,N)的微观组织,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针和X射线衍射等手段,研究了Super304H钢合金元素的分布和析出相的组成及分布形态.试验结果表明,Super304H钢在供货状态下的显微组织由γ-基体和析出相组成.与传统的18-8不锈钢相比,这种奥氏体钢晶粒均匀细小,晶粒尺寸约46μm.析出相主要由Nb(C,N)和富铜相组成,Nb(C,N)有呈方向性分布的条块状和呈弥散分布的细小颗粒状两种形态,条块状的Nb(C,N)是软化过程中残留下来的,而弥散分布的是固溶处理及冷却过程中析出形成的.其中弥散分布的Nb(C,N)与富铜相对细化晶粒和改善钢的高温强度起重要作用,而多种复合强化机制使得Super304H钢具有优异的高温性能.

Super304H奥氏体不锈钢的抗高温氧化性能

采用称重法测得了Super304H和Super304HS两种奥氏体耐热不锈钢在不同温度下的高温氧化动力学曲线,研究发现:两种不锈钢的氧化动力学曲线遵循抛物线规律,Super304HS的抗氧化性能明显优于Super304H,而且Super304H在900℃时氧化100 h后,氧化膜明显脱落.利用扫描电镜、X射线衍射的方法对Super304H不锈钢氧化膜表面的形貌及结构进行了研究,结果表明:在700℃和800℃时,两种材料氧化膜组成相似,都是Cr2O3和少量尖晶石结构的FeCr2O4,Su-per304H钢在900℃时的氧化产物主要由Cr2O3,Fe2O3和尖晶石FeCr2O4组成,Super304HS在900℃时的氧化膜主要由Cr2O3和尖晶石FeCr2O4组成.

T92/Super304H异种钢焊接接头的组织结构和力学性能

采用钨极氩弧焊(GTAW)技术,采用ERNiCr-3和ERNiCrMo-3两种镍基焊丝实施T92/Super304H异种钢焊接,并对接头的显微组织结构及力学性能进行测试分析。结果表明:T92侧热影响区(HAZ)中粗晶区析出大量的第二相颗粒,细晶区则为细小的索氏体组织;Super304H侧HAZ奥氏体晶粒长大,晶界析出明显;ERNiCr-3焊接的焊缝组织呈胞状结构,晶粒粗大;ERNiCrMo-3焊接的焊缝组织呈柱状晶组织特征。ERNiCrMo-3焊接的接头强度、塑性及硬度较大,拉伸断裂位于Super304H母材;而ERNiCr-3焊接的接头强度、硬度较低,但冲击韧性较高,拉伸断裂位于焊缝。

T92/Super304H异种钢焊接接头的性能研究

根据新型耐热钢T92和Super304H钢的焊接特点制定了适宜的焊接工艺,研究了焊制的T92/Su-per304H异种钢焊接接头的力学性能。结果表明,T92/Super304H异种钢接头的各项力学性均能满足使用要求。焊缝金属的韧性远低于T92钢侧热影响区,焊缝金属的结晶形态对焊缝韧性有很大的影响。焊接接头中焊缝金属的硬度值最高,而T92钢侧热影响区硬度最低,并且不同热影响区部位显微硬度变化较大,Super304H钢侧热影响区硬度变化不大。

新型耐热钢Super304H高温时效后的组织与性能

采用光学显微镜、扫描电子显微镜及X射线衍射等手段并通过显微硬度和冲击实验，研究了Supre304H钢经750～1350℃时效后的微观组织和性能。结果表明：高温时效后Super304H钢的微观组织为7相＋析出相；随时效温度的不同，基体晶粒尺寸及析出相的种类、分布发生不同的变化。在750℃左右因微细沉淀强化及细晶组织使得显微硬度达到最大值，而后随温度升高以及析出相、晶粒尺寸与固溶元素的变化，显微硬度呈现先快速下降后缓慢下降的趋势；时效试样的冲击功值随温度升高在850℃左右，由于M28C6沿晶界大量析出导致晶界脆化而达到最低值，后又因析出相的再溶解致使晶界脆化效果趋弱而逐渐升高。

铜含量对Super304H钢持久性能的影响

研究了铜含量对Super30 4H钢持久性能的影响 ,对铜在钢中的作用机理进行了探讨。结果表明 ,随铜含量的增加 ,钢的持久强度增加 ,在质量分数为 4 %时强度和塑性均达到最高。钢中的主要强化相为富铜相、M2 3C6 、MC、M6 C。在时效过程中 ,固溶于奥氏体基体的铜以细小弥散球状富铜相的形式析出 ,形成富铜强化相。

T92/Super304H异种钢焊接接头组织分析

利用金相显微镜、扫描电镜、电子探针和X-射线衍射等方法研究了T92/Super304H异种钢焊接接头的微观组织。结果表明,焊缝金属的基体组织为奥氏体胞状树枝晶,组织中有析出相分布,其主要为M23C6和NbC;Super304H钢侧热影响区的组织亦为奥氏体+析出相,但析出相的种类为NbC、富Cu相和M23C6;而T92钢侧热影响区组织则为回火马氏体+析出相,析出相主要为M23C6,在熔合区两侧没出现明显的增碳脱碳层。

Super304H管材高温服役过程组织与性能的变化

通过室温拉伸、冲击试验、硬度测试、金相组织分析、扫描电镜及能谱分析等,对600℃超超临界锅炉用国产Super304H管材高温服役过程的微观组织和力学性能进行了试验分析.结果表明:与国产原始钢管相比,高温服役后国产Super304H管材的室温强度和硬度升高、塑性和韧性下降,焊接接头的强度、硬度、冲击韧性不断降低且明显低于同一服役时间的母材.服役30 000h以上后,管材的力学性能仍处于较高水平,基体组织稳定,晶粒未见长大,微观组织开始出现M23C6沿晶界呈链状分布的老化迹象.可见,国产Super304H管材组织状态良好,在目前600℃超超临界机组设计条件下可稳定运行,建议加强对国产Super304H管材焊接接头的金属监督.

表面改性对Super304H钢在650℃饱和蒸汽中氧化行为的影响

对未改性的Super304H钢和经喷丸、渗铝改性后的Super304H钢在650℃饱和蒸汽中的氧化行为进行研究,使用电子天平测量氧化增重,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对氧化膜进行了分析。结果表明:未进行表面改性的Super304H钢抗蒸汽氧化能力不足,喷丸对Super304H钢抗蒸汽氧化能力有一定提升作用,渗铝处理可显著提升Super304H钢抗蒸汽氧化能力;Super304H钢外层氧化膜为Fe2O3,内层氧化膜为Fe-Cr尖晶石,外层氧化膜生长至一定厚度易发生剥落;喷丸样品氧化膜由Cr2O3与少量的Mn-Fe尖晶石组成,但变形孪晶层因相邻亚晶界凸出、吞并而退化;渗铝样品表面形成Al2O3氧化膜,互扩散区Al元素含量保持不变。

Super304H奥氏体不锈钢晶间腐蚀的研究进展

Super304H奥氏体不锈钢(0.10C-18Cr-9Ni-3Cu-0.4Nb-0.08N)为超超临界机组过热器和再热器的首选材料之一,由于该钢含碳较高,服役温度(～650℃)为M_(23)C_6沿晶界析出的敏化温度,如何避免晶间腐蚀发生是Super304H钢主要研究课题。本文综述了国内外Super304H钢晶间腐蚀倾向的研究进展,包括晶间腐蚀机理,钢中合金元素特别是Nb/C,双固溶处理、稳定化处理,焊接工艺、600～700℃高温时效对该钢晶间腐蚀的影响和Super304H钢晶间腐蚀敏感性的表征方式。展望了Super304H钢的研究方向。

表面喷丸工艺对Super304H奥氏体耐热钢组织与性能的影响

采用表面喷丸处理在Super304H钢表面制备出大塑性变形层,利用扫描电子显微镜(SEM)、金相显微镜、X线衍射仪(XRD)和显微硬度计对喷丸表面及塑性变形层不同深度的组织和硬度进行表征,并对试样在喷丸过程中的组织结构变化进行研究。研究结果表明:Super304H钢经喷丸处理后,表层通过塑性变形产生高密度的位错、层错并细化晶粒,同时获得形变诱发马氏体,从而形成了一定厚度的剧烈塑性变形层。随着喷丸时间增加,晶粒越细小,马氏体相越多;喷丸处理后表层硬度显著提高,是原始试样硬度的2倍以上。

超超临界锅炉过热器Super304H管爆管原因分析

通过宏观检查、化学成分分析、金相检验及硬度试验等方法,对某厂超超临界锅炉后屏过热器Super304H管爆管原因进行了分析。结果表明:爆管是由于长时过热导致管子显微组织老化、损伤所致。

Super304H钢在650℃模拟烟气侧腐蚀行为实验

采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、电子背散射衍射(EBSD)等方法研究了18-8系奥氏体钢Super304H在650℃模拟烟气侧环境中高温腐蚀行为。结果表明:Super304H钢试片腐蚀70、150、320和700 h后,腐蚀层的平均厚度分别为2.5、5.2、11.5和27.8mm;腐蚀层外层主要为疏松的Fe_2O_3,内层为相对致密的Cr_2O_3和内硫化产物。腐蚀150 h以后,试片表面保护性的Cr_2O_3膜逐渐剥落,内硫化产物在晶界处累积并膨胀,随着Fe向氧化膜扩散、溶解并继续向氧化膜外扩散,生成"瘤状"Fe_2O_3,最终成为多层的凸起腐蚀产物。随着腐蚀时间的延长,"瘤状"腐蚀产物粒径逐渐增大至10mm以上,更易破裂、剥落的腐蚀层导致试片的抗腐蚀性不断下降。

国产Super304H钢高温持久后微观组织与性能

为促进国产Super304H钢的推广应用,采用硬度测试、金相组织分析、透射电镜(TEM)分析、扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)分析等对国产Super304H钢在600、650、700℃高温持久后的微观组织及性能进行了试验研究。结果表明:在高温持久过程中,国产Super304H钢基体组织稳定,晶粒无明显变化,其硬度的升高主要与第二相的析出有关,析出相主要为ε-Cu、二次Nb(C,N)和M23C6,细小弥散的ε-Cu、二次Nb(C,N)使Super304H具有较高的强度。Super304H钢在高温持久过程中的组织老化主要表现为M23C6在晶界聚集、沿晶界呈链状分布,以及颗粒尺寸粗化。国产Super304H钢持久10 000 h后,其强度、硬度仍处于较高水平,组织状态良好。

Super304H钢和TP304H钢晶间腐蚀敏感性研究

利用电化学动电位再活化法(EPR)测试了Super304H钢和TP304H钢的晶间腐蚀敏感性。结果表明,Super304H钢和TP304H钢的再活化率在同一个数量级上。Super304H钢和TP304H钢组织中都没有明显的Cr23C6析出相,所以未出现明显的基体贫铬现象,因此二者具有优良的耐晶间腐蚀性能。

Super304H钢700℃时效后组织和韧性的变化

利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和冲击试验机等研究了Super304H钢在700℃时效过程中的组织和韧性变化。结果表明:Super304H钢在时效过程中析出了M23C6碳化物,其析出量在时效初期快速增加,一定时间后析出量趋于稳定,M23C6主要在晶界上呈链状分布,随时间延长尺寸很快长大;M23C6的沿晶析出引起了Super304H钢的时效脆化,且M23C6析出量越多钢的时效脆化程度越大。

模拟烟灰/气腐蚀对Super304H钢高温持久性能的影响

本工作采用烟灰/气腐蚀-载荷协同作用试验装置,研究了模拟煤粉锅炉燃烧环境中烟灰/气腐蚀对Super304H钢650℃持久性能的影响,同时对比研究了相同温度下Super304H钢在静态空气中的持久性能。结果表明:在腐蚀环境中,不同应力下钢的持久寿命缩短,腐蚀效应对其持久寿命的影响随时间延长会更加显著;通过双对数法推算出Super304H钢在模拟烟灰/气腐蚀环境中的持久强度为80MPa,相比静态空气环境(140MPa)降幅约43%。静态空气中钢表面氧化膜表面较平整,而模拟烟灰/气腐蚀环境中钢表面腐蚀产物相疏松多孔,并出现大量"瘤状"凸起产物。XRD结合EDS表明,模拟烟灰/气腐蚀环境中试样表面除富含Fe、Cr、Ni的氧化物以外,还分布着硫化物以及复合硫酸盐的腐蚀产物。在载荷作用下,腐蚀介质引起腐蚀层/金属界面孔洞形核速率加快,这是Super304H钢持久强度降低的主要原因。