T91/TP347H异种钢焊接接头高温拉伸性能研究

超临界锅炉各部位的蒸汽温度存在差异,对其耐腐蚀、抗氧化、耐高温蠕变等的要求也不尽相同。因而,在超临界机组中,以HR3C、Super304H、TP347H,T91,T92为代表的马氏体和镍基合金。根据统计,超临界锅炉的四管(过热管、再热器管、水冷壁管、节煤器管)的故障占全部事故总数的三分之二,其中炉管接头的早期故障是最普遍的。由于工艺、冶金等方面的原因,如气孔、夹渣、未熔合、未焊透、焊裂纹等,导致异种钢材的焊缝寿命普遍低于设计值,仅为相同钢材的五分之一到三分之一。另外,由于连接端部材料的特性参数(例如热膨胀系数、导热率)的不同,也会使管道发生事故,从而造成重大的经济损失。因此,对异种钢接头的性能、失效机理及寿命的预测是十分必要的。

T91/TP347H异种钢焊接接头性能分析

近年来,随着大容量、高参数和低排放的超(超)临界机组的大力发展,相应地对电站设备中的金属部件要求也越来越高,因此在这些机组的受热面中不可避免地存在为数较多的异种钢焊接接头,如铁素体钢T91和奥氏体钢TP347H异种钢焊接接头。由于异种钢焊接接头处经常会发生开裂等早期失效现象,针对此问题开展了异种钢焊接接头的性能分析试验研究,主要研究对象为奥氏体钢TP347H和马氏体钢T91异种钢焊接接头,试验研究了接头各微区的显微组织、显微硬度及其力学性能,并利用扫描电镜进行能谱分析,得出相关结论,为异种钢焊接接头在长期高温、高压状态下安全运行以及其可靠性提供参考依据。

T91/TP347H异种钢焊接接头的蠕变性能和微观组织及硬度

为探究服役对T91/TP347H异种钢焊接接头力学性能的影响,在620℃不同应力水平下,对T91/TP347H异种钢焊接接头进行了高温蠕变试验,分析其蠕变行为,并采用扫描电镜、光学显微镜和显微硬度计对T91/TP347H异种钢焊接接头服役前后的断口形貌、显微组织和显微硬度进行了研究。结果表明,高应力水平下,焊接接头失效更快,且断口更加粗糙并带有大的韧窝;相较于原始态,服役1×105h后的焊接接头T91侧出现沉淀物粗化,晶界加宽,容易产生应力集中现象,使得材料产生沿晶界脆性断裂倾向;服役过后,T91侧出现软化现象,而TP347H侧和焊缝有强化现象,焊缝硬度显著增加,且焊接接头的T91侧硬度平均值均大于TP347H侧。文中基于宏观力学试验、微观组织观测和显微硬度测试,分析了服役前后T91/TP347H异种钢焊接接头的变化。

T91/TP347H异种钢焊接接头高温拉伸性能研究

在580℃不同加载速率下开展了T91/TP347H异种钢焊接接头及母材短时高温拉伸试验,研究了焊接接头及两端母材的高温拉伸性能,提出了改进双线性模型,并通过有限元方法模拟高温拉伸过程,分析拉伸过程中的危险点位置、位移、应力及应力三轴度的变化规律。结果表明:加载速率为1.0×10^(-5)~2.5×10^(-5)s^(-1)时,其对T91钢、TP347H钢与T91/TP347H异种钢焊接接头拉伸力学行为的影响较小;T91/TP347H异种钢焊接接头的薄弱位置在T91侧焊缝处,且位于材料外表面,T91侧几乎没有发生径向变形,而TP347H侧出现径向变形,导致这一侧横截面积减少。

T91/TP347H异种钢焊接接头服役微观组织转变

异种钢焊接接头在超超临界电站锅炉结构中应用广泛。采用XRD,SEM及EDS及显微硬度对原始态和服役1×10^(5)h的T91/TP347H异种钢焊接接头的相组成、显微组织形貌和元素组成进行了表征分析,并采用显微硬度计对2种接头的显微硬度进行了测试。结果表明,相较于原始态,服役1×10^(5)h的接头TP347H母材晶粒更为粗大,T91和TP347H的热影响区强化相粗化,焊缝有M_(23)C_(6)和Nb(C,N)析出。2种状态的焊接接头硬度最高值均出现在T91侧热影响区,最低值均在TP347H母材,服役1×10^(5)h的焊接接头焊缝的硬度较原始态有显著提高。

T91/TP347H异种钢焊接接头过热工况下蠕变损伤模型研究

在620℃的超温工况下,对T91/TP347H异种钢焊接接头在不同应力水平进行了蠕变试验。基于试验数据,利用Norton模型、Kachanov-Rabotnov模型和非线性连续损伤模型研究了T91/TP347H异种钢焊接接头的蠕变应变、蠕变损伤和蠕变寿命预测模型,并将模拟预测结果与试验数据进行比较。结果表明:在蠕变应变模拟方面,Norton模型只能描述出蠕变第二阶段,Kachanov-Rabotnov模型则能较好地描述整个蠕变应变三阶段过程;在蠕变损伤计算方面,非线性连续损伤模型可以更好地表达整个损伤过程,Kachanov-Rabotnov模型则具有一定的局限性;在蠕变寿命预测方面,双参数非线性连续损伤力学模型的寿命预测最为准确,而Norton模型的寿命预测误差较大。

T91/TP347H异种钢焊接接头服役过程显微组织研究

采用ERNiCr-3镍基焊丝作为T91/TP347H异种钢焊接接头的焊料,使用X射线衍射分析仪、光学显微镜、扫描电子显微镜和显微硬度计研究了原始态、服役6×10^(4)h和服役10^(5)h的T91/TP347H异种接头的相组成、微观组织、元素组成及显微硬度。结果表明,随着服役时间的增加,T91母材、TP347H母材和焊缝区晶粒尺寸均有一定程度的增大,T91母材存在析出相M_(23)C_(6),TP347H母材存在析出相M_(23)C_(6)、Nb(C,N),焊缝区有少量M_(23)C_(6)存在。在服役过程中发生Fe、Ni元素的扩散。三种状态下的焊接接头均在T91热影响区硬度最高,TP347H母材硬度最低,随着服役时间的增加,焊缝打底层硬度基本不变,而焊缝盖面层和填充层的硬度急剧升高,其余区域硬度均有下降。

T91/TP347H异种钢焊接接头开裂失效分析

采用金相显微镜、背散射电子衍射系统、显微硬度计、万能材料实验机对350 MW超临界锅炉再热器发生开裂的T91/TP347异种钢焊接接头进行了检测和分析。结果表明,开裂由新型马氏体耐热钢Ⅳ型裂纹所致,开裂区域为异种钢接头T91钢热影响区的部分相变区。异种钢接头在服役过程中承受较高的应力,而部分相变区的微观组织导致其蠕变强度在接头中最低,高温服役过程中裂纹通过蠕变空洞连接方式在部分相变区形成并导致最终的开裂。

超临界机组T91/TP347H异种钢焊接接头组织与性能研究

采用金相检验、室温力学性能试验和扫描电镜分析等手段对超临界火电机组 T91/TP347H 异种钢焊接接头组织与性能进行研究。 试验结果表明:服役后 T91/TP347H 焊接接头 T91 侧熔合线处析出大量含 Cr、Ni、Mo、V 等元素的复合碳化物,大大减弱接头的强度和 塑性,导致 T91/TP347H 焊接接头试样室温拉伸时均在 T91 侧熔合线处(焊缝/T91 界面区域)发生断裂。研究成果为 T91/TP347H 焊接 接头早期失效和安全性评估提供理论基础。

经长时服役的超临界锅炉T91/TP347H异种钢接头性能分析

对某超临界锅炉运行7.5万小时的T91/TP347H异种钢接头,采用金相显微镜、万能材料试验机和扫描电镜等仪器设备,研究长时服役后T91/TP347H异种钢接头的性能。结果表明:该异种钢接头薄弱区在T91熔合线处,该位置链状孔洞和脱碳层的形成大大弱化了力学性能,氧化缺口的形成加速了接头的开裂。异种钢接头各区域的冲击性能显著降低,其中焊缝冲击性能最低,实测仅为66 J。

T91-奥氏体不锈钢异种钢接头热处理工艺研究

为解决SA-213T91+SA-213TP347HFG异种钢接头因热处理温度高引起热膨胀应力过大而拉裂的问题,设计6种SA-213T91+SA-213TP347HFG异种钢对接接头焊后热处理工艺,对6组不同热处理工艺后的显微组织和力学性能试验进行对比分析。结果表明:不同热处理规范下接头力学性能皆合格,可满足工艺质量制造要求,模拟确定了此类异种钢接头允许的最低热处理规范为715℃×1.5h,优化了此类异种钢对接接头的热处理规范,也为现场服务或返修焊接时选取合理的热处理温度提供了参照。

TP347H与12Cr1MoV异种钢焊接接头早期失效研究

为了解决异种钢焊接接头的早期失效问题,对运行近4万h出现开裂失效的TP347H与12Cr1MoV异种钢接头,进行了化学成分、力学性能、显微硬度和微区元素成分能谱分析等内容的试验测试,发现了焊接接头中合金元素的迁移和硬度的分布规律,经研究分析,确认早期失效是由于熔合线附近区域的应力水平较高并与机组运行中的交变热应力、炉管内气流波动引起的振动应力等相叠加,使焊接接头的熔合线附近受到了应力幅值较高的交变载荷的作用而产生的低周疲劳失效。

T92/TP347H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,GTAW法实现T92/TP347H异种钢管焊接。研究了接头的显微组织结构、熔合区(线)两侧的成分分布和接头的力学性能,以及焊后热处理对接头组织结构及力学性能影响等。结果表明:T92/TP347H异种钢接头T92侧热影响区(HAZ)主要由过热区、粗晶区及细晶区构成;TP347H侧HAZ没有明显晶粒长大的现象,但晶界、晶内有碳化物析出。两种焊丝焊接的T92/TP347H异种钢接头拉伸断裂面位于TP347H侧母材,焊缝强度较高;ERNiCrMo-3焊接接头的强度高于ERNiCr-3焊接接头,但塑、韧性不如后者。750℃,30 min焊后热处理,有助于降低T92侧HAZ硬度,改善接头的综合力学性能。

TP347H/T91异种钢焊接工艺探讨

主要针对马氏体耐热钢( T91 )与奥氏体钢( TP347H)的化学物理性能,分析其可焊性,探讨该异种钢接头的焊接方法、焊接材料、热处理工艺及焊接工艺要点。

TP347H不锈钢与12Cr2MoWVTiB（G102）耐热钢异种钢焊接接头运行前后组织与性能比较分析

对运行5万多小时及新焊的TP347H不锈钢，与12cr2MoWVTiB（G102）耐热钢，异种钢焊接接头进行了对比试验。结果表明，运行前后显微组织变化不大；力学性能变化较大，已运行的异种钢焊接接头高温短时力学性能、G102侧热影响区冲击值低于母材的标准要求；焊接接头的薄弱环节在G102侧的热影响区处，特别是靠近熔合线部位，此处最易产生裂纹，导致失效。鉴于已运行的异种钢焊接接头的高温短时力学性能和G102侧热影响区冲击值已低于母材的标准要求，建议尽早更换此类异种钢焊接接头。

TP347H与T91异种钢焊接性能分析

随着电站设备中金属部件使用钢材种类的逐渐增多,不可避免地会遇到异种钢焊接的问题。为此,通过对马氏体耐热钢(T91)和奥氏体钢(TP347H)的性能分析,详细阐述了T91+TP347H焊接存在的问题,探讨了T91与TP347H异种钢接头的焊接方法、焊接材料及焊接工艺要点。

服役期间T91/TP347H异种钢接头TP347H钢侧热影响区沿晶开裂分析

某电厂锅炉屏式过热器在运行8万h后,其T91/TP347H异种钢接头出现沿晶裂纹,裂纹位于TP347H奥氏体钢侧热影响区。通过显微组织观察、硬度测试和拉伸试验分析了沿晶开裂的特征、形成原因及其对力学性能的影响。结果表明:沿晶裂纹出现在TP347H钢侧熔合线处,为晶间腐蚀裂纹,裂纹深3~4个晶粒尺度,内部有氧化物填充;存在沿晶裂纹的屏式过热器管接头的硬度和抗拉强度符合标准要求,但塑性较差;粗大的晶粒和焊后较快的冷速使得屏式过热器管接头TP347H钢侧热影响区在高温服役过程中易发生晶界贫铬,引发晶间腐蚀,TP347H钢侧熔合线附近较高的硬度梯度导致应力易在此处集中,从而加速晶间腐蚀裂纹的产生。

T91与TP347H异种钢焊接工艺技术探讨

通过对电站锅炉用钢的组织结构、力学性能、热效应影响及相变等焊接工艺的分析,总结T91马氏体高强钢与TP347H奥氏体不锈钢异种钢焊接的实质操作工艺技术,为现场实际操作提供指导。

T22/TP310H异种钢焊接接头的显微组织分析

采用手工钨极氩弧焊,选用ERNiCr-3镍基焊丝,对T22/TP310H异种钢进行焊接。焊后利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪及能谱仪对焊接接头进行了分析研究。结果表明:焊缝组织主要为胞状树枝晶,焊缝金属的组成相主要有奥氏体基体γ相、NbC和M23C6碳化物相。T22侧热影响区有任意分布的块状铁素体,也有呈条状聚合物的块状铁素体;TP310H侧HAZ中奥氏体晶粒粗化现象不明显。

EPRI P87焊接T92与TP347H异种钢焊接工艺研究

使用EPRI P87焊接T92与TP347H异种钢接头,并对其焊接接头进行焊后热处理;通过焊接过程评定其焊接性,拉伸、弯曲、硬度试验检验其焊接接头力学性能,金相分析T92钢侧熔合线附近的δ铁素体情况,结果表明,使用EPRI P87焊接T92与TP347H异种钢是较为理想的选择。