T23钢膜式壁焊接工艺研究及应用

SA-213T23(HCM2S)是日本住友金属株式会社在我国G102(12Cr2MoWVTiB)基础上研制出的低合金贝氏体型耐热钢,其在550-600℃有良好的蠕变性能和许用应力,是一种介于12Cr1MoV和T91之间的很好的过渡材料,国内在锅炉的过热器、再热器、水冷壁等部件上使用该材料,然而随着T23钢的使用和一些问题的暴露,行内人士逐渐认识到T23钢有再热裂纹倾向,为了T23钢在水冷壁产品中成功应用,针对膜式壁管屏开展了相应的工艺试验研究。

电站锅炉T23钢水冷壁焊缝横向裂纹的相控阵超声检测

通过仿真模拟、试块制作、工艺设置、工程应用及验证试验对电站锅炉T23钢水冷壁焊缝横向裂纹实施相控阵超声检测。试验结果表明,采用相控阵超声检测此类缺陷具有检测速度快、检测灵敏度高和检测结果直观等优点。检测时,不仅焊缝上打磨出探头放置面的工作量小,且无辐射风险,可进行交叉施工,对检修工期紧张、检测空间狭小及检测灵敏度要求高的项目,技术优势更为明显。

国产T23钢高温时效时组织和力学性能的研究

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜观察和拉伸、冲击试验等方法,研究了国产T23钢在600℃时效时的组织变化和力学性能。结果表明,T23钢在600℃时效时随着时效时间的延长,T23钢中M23C6型碳化物不断粗化,粒状贝氏体形貌逐渐退化。时效时间较短时,主要是M23C6型碳化物粗化引起T23钢力学性能下降;时效时间较长时,主要是粒状贝氏体形貌的变化导致T23钢力学性能下降,同时,M23C6的球化及其向M6C的转变、亚晶的形成和W、Mo固溶强化的降低加快了T23钢力学性能的下降。

国产T23钢高温组织演变及其对性能的影响

通过对国产T23钢550℃、600℃和650℃的持久试样显微组织的分析,研究了T23钢高温蠕变过程中的组织演变及其对性能的影响。结果表明,在高温蠕变过程中,T23钢贝氏体铁素体基体和小岛中的马氏体将发生回复和再结晶,位错密度下降,M23C6碳化物不断粗化,并且有少量M23C6转变为M6C。蠕变断裂时间较短时,M23C6碳化物粗化对性能下降起主要作用,随蠕变断裂时间延长,贝氏体铁素体基体和小岛中马氏体的回复、再结晶对性能下降的影响增大。温度较高时,回复及再结晶开始较早,对性能下降的影响提前。650℃时,T23钢的组织演变和性能下降过快,应尽量避免在此温度下使用。

预热和焊后热处理对T23钢接头力学性能的影响

为优化焊接工艺,解决水冷壁T23接头焊缝在运行中容易出现裂纹的问题,测试了T23接头在4种不同工艺(不预热、焊后不热处理,不预热、焊后热处理,预热、焊后不热处理,预热、焊后热处理;预热温度为150℃,焊后热处理工艺为740℃、0.5 h)下的硬度和冲击韧性,并观察了显微组织的变化。研究结果表明,预热对T23接头硬度的影响不大,但增大晶粒尺寸和过热区的宽度,对焊缝和热影响区(HAZ)的韧性均有不利影响;焊后热处理明显降低焊缝和HAZ的硬度,虽然对HAZ韧性影响很小,但可改善焊缝的韧性。建议预热温度不超过150℃或取消预热,进行焊后热处理以保证接头的长期服役性能。

T23钢管蒸汽侧氧化层的微观结构及形成机理

采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等研究了T23钢管蒸汽侧氧化层的结构和形成机理。结果表明:该氧化层分为内层、中间层和外层;内层为疏松及富含孔洞的富铬、钒及钨的非均质层氧化层,中间层为相对致密且呈柱状结构的Fe3O4,外层为较薄的Fe2O3;金属基体与内层氧化层界面处存在内氧化,金属基体与内层氧化层界面处存在明显界限及间隙,温度剧烈变化时氧化层易在金属基体与内氧化层界面处剥落;T23钢蒸汽侧内层氧化层疏松、多孔及其整体易剥落的特征,使其抗蒸汽氧化性能差。

1000MW塔式炉水冷壁T23钢接头短期失效分析

对近年来国内1 000 MW超超临界塔式炉中频发的水冷壁T23接头短期失效案例进行了分析,观察了裂纹的宏观和微观形态,通过OM、SEM和TEM分析了裂纹附近的的显微组织,并测试了接头的力学性能。通过有限元软件模拟了附加应力对裂纹形成的影响。最后在上述此基础上判断裂纹的性质,阐明其形成机理,并提出预防措施。结果表明,裂纹为蠕变沿晶裂纹,沿焊缝横向分布在管子的6点钟或12点钟位置。焊态焊缝形成了较多高硬度的马氏体,其在运行后的室温冲击韧性很低。这种焊缝在水冷壁工作温度下具有蠕变脆性,在结构附加应力和疲劳载荷的作用下易于发生蠕变沿晶开裂。选择低强度等级焊材、进行焊后热处理、细化晶粒和减小水平方向的结构应力有助于抑制裂纹。

国产T23钢焊缝区显微组织分析

对国产T23钢焊条电弧焊接头焊缝区显微组织进行了研究。结果表明，根部焊道焊态下的组织由等轴铁素体和粒状贝氏体组成，经740℃和760℃回火后为粒状贝氏体和条状铁素体组织，在其基体上有弥散分布的点状析出物。覆盖焊道焊态下组织由粒状贝氏体和少量铁素体组成，740℃和760℃回火时为回火贝氏体组织，在690～740℃回火后形成少量聚集的粒状物，当回火温度为760℃时该粒状物分解、消失。过热区焊态下的组织由粒状贝氏体和条状马氏体组成，回火温度在690～740℃时，晶界显现，晶粒有所长大，并有大量粒状物在晶界处出现；经760℃回火处理后，原奥氏体晶界模糊、不连续，表现为回火贝氏体和回火索氏体组织，尺寸不一的点状析出物分布于基体上。

国产T23钢再热裂纹敏感性试验研究

采用斜Y型坡口焊接裂纹试验方法研究再热温度对国产T23钢再热裂纹敏感性的影响,探讨国产T23钢再热裂纹形成机理。结果表明,国产T23钢有再热裂纹倾向,再热裂纹敏感温度区间为550～690℃,在620℃时再热裂纹敏感性最大,再热760℃则无再热裂纹产生。分析认为,晶界的弱化和晶内的强化是T23钢再热裂纹形成的内因,外因则是高拘束导致的焊接残余应力。

T23钢组织演变对性能影响的研究

通过对宝钢生产的T23钢在550、600、650℃的持久试样的微观组织分析,研究了T23钢高温蠕变过程中的组织演变对性能的影响。发现了T23钢高温蠕变过程中贝氏体铁素体基体和小岛中的马氏体将回复、再结晶,位错密度下降,M23C6碳化物不断粗化,并且有少量M23C6转变为M6C。蠕变断裂时间较短时,M23C6碳化物的粗化对性能退化起主要作用,随着时间延长,贝氏体铁素体基体和小岛中的马氏体的回复、再结晶的影响增大。温度较高,回复、再结晶开始较早,对性能退化的影响提前。T23钢在650℃组织演变和性能下降过快,应尽量避免使用。

T23钢高温持久微观组织演变研究

通过分析T23钢常规组织状态及其在550℃、600℃、650℃高温持久试样的微观组织,研究了T23钢高温蠕变过程中的组织演变及对性能的影响。结果表明,蠕变断裂过程中,MX稳定性较好,但M7C3数量逐渐减少,M23C6聚集、长大,并且有少量M23C6转变为M6C;贝氏体铁素体基体和奥氏体小岛中的马氏体不断回复、再结晶,位错密度下降。认为温度越高,组织演变进程越快,性能退化越明显。

T23钢回火脆性的试验研究

通过热处理试验对T23钢的回火脆性进行了研究。研究结果表明，T23钢存550℃～680℃温度区间具有回火脆性，该回火脆性为第一类回火脆性。研究了T23钢出现第一类回火脆性的温度比同类钢高的原因，并探讨了回火脆性对T23钢生产制造的影响。

T23钢热加工过程中变形行为分析

研究了T23钢的热变形行为,并建立了材料的热加工图。结果表明,在热压缩过程中T23钢有动态再结晶及动态回复两种软化机制,随着减少变形速率或升高变形温度,动态再结晶产生的趋势逐渐增大。T23钢的最佳热加工区域为1 175-1 240℃、0.03-0.25 s-1。

国产T23钢焊接冷裂纹敏感性插销试验研究

采用插销试验方法测定了国产T23钢在不预热、预热150℃和预热250℃三种焊接工艺条件下的临界断裂应力,观察了断口形貌及断口附近的显微组织,综合分析了该钢的焊接冷裂纹敏感性。结果表明,不预热条件下T23钢插销的临界断裂应力高于其屈服强度,粗晶区为板条马氏体和下贝氏体混合组织,插销断口为解理和准解理特征,并出现二次裂纹;随着预热温度的升高,插销临界断裂应力增大,粗晶区下贝氏体比例增多,马氏体比例相应减少,插销断口二次裂纹减少,解理面缩小,材料的塑性增加,对裂纹的阻碍作用增强。说明国产T23钢的冷裂纹敏感性很小,预热能明显改善其抗冷裂纹能力。

焊后热处理对T23钢热影响粗晶区微观组织的影响

采用Gleeble-3500热模拟试验机和热处理炉对T23钢进行了焊接热模拟和焊后热处理试验,并运用金相、硬度、扫描电镜试验,研究了不同的焊后热处理温度对T23钢热影响粗晶区(CGHAZ)微观组织的影响。结果表明,焊态热模拟CGHAZ组织类型主要是板条马氏体和贝氏体的混合组织,具有很高的硬度。随着热处理温度的提高,CGHAZ晶粒趋于细化,硬度逐渐降低。但在700℃下,晶界出现了微孔洞和含W碳化物,硬度剧烈升高,应避免在此温度进行热处理。最后确定T23钢合理的焊后热处理为750℃×2 h,可以获得良好的强韧性匹配。

USC锅炉水冷壁用T23钢焊接工艺研究

经过对T23钢焊接性能的分析可知,T23钢的冷裂纹敏感性较小,但有一定的再热裂纹敏感性。针对其焊接特点,本文选择TGS-2CW焊丝、不预热的全氩弧焊工艺焊接T23钢,所获得的焊接接头经检测各项指标合格,实验数据证明该焊接工艺是合理的,且由于不用预热,还降低了生产成本。

SA213-T23钢焊接工艺试验

通过对SA213-T23钢进行焊接工艺试验,分析了焊前预热温度、焊接材料、焊接方法及焊后热处理工艺对T23钢焊接接头性能的影响。

改进型T23钢冲击韧度的改善

改进型T23钢具有较低的再热裂纹敏感性,但其冲击韧度较差。为提高其冲击韧度,研究了正火冷却方式和回火温度对改进型T23钢组织和冲击韧度的影响。结果表明:改进型T23钢经1060℃保温60 min油冷+790℃回火90 min后冲击韧度和硬度得到提高,特别是冲击韧度提高到了276.6 J/cm2,为传统工艺热处理钢的37.4倍。相较于空冷正火的钢,油冷的改进型T23钢的硬度提高,冲击韧度大幅度提高。随着回火温度的升高,改进型T23钢的硬度下降,冲击韧度提高。经790℃回火后,钢中M-A岛大量分解,且晶界不连续分布的M23C6相能有效阻碍裂纹扩展,冲击韧度显著提高。

1000MW超超临界机组锅炉T23钢水冷壁防泄漏分析及措施

随着全国1 000MW超超临界塔式炉机组大量投建,机组的安全性、经济性和高效性成为吸引投资者眼球的关键方面。目前国内塔式炉机组锅炉的T23钢水冷壁在48m至70m之间的燃烧区域出现多频次泄漏,严重影响机组的安全运行。以某电厂二期2×1 000MW机组锅炉为例,分析探讨T23钢水冷壁泄漏原因并积极采取应对措施,及时消除水冷壁泄漏的隐患,确保机组减少非计划停运次数,以期达到安全、经济的效果。

长时服役后超临界锅炉末级再热器T23钢的组织和力学性能研究

目前对服役超过5万h的T23管材服役过程中的组织结构和力学性能变化研究不多。为此,以600MW超临界锅炉受热面管为研究对象,对其服役约8万h后不同位置的T23末级再热器管进行显微组织分析和常温、525℃高温拉伸性能试验,研究了该材料在长时服役后的劣化程度及迎烟侧和背烟侧在力学性能方面存在的差异。结果表明:粗大的M6C型碳化物在晶界明显聚集长大,显微组织呈现明显的老化特征。力学性能方面,所有T23管样拉伸性能出现严重劣化现象,均已不满足标准使用要求;T23管背烟侧和迎烟侧显微组织无明显差异,而迎烟侧拉伸强度较背烟侧整体偏低,表明炉内长期高温烟气作用对高温再热器管迎烟侧材质性能的影响。