高铬铁素体耐热钢管发展中的问题及争议(上)

讨论高铬铁素体耐热钢管发展中的一些问题及争议。介绍造成高铬铁素体耐热钢管发生早期损毁的主要原因——焊接热影响区的Ⅳ型开裂;分析国外高铬铁素体耐热钢管母材和焊接接头横向的蠕变断裂特性,及该产品国产化进展情况和国内产品的蠕变特性;解析T/P/G91钢的Ⅱ型化学成分设计及存在的异议;探讨高铬铁素体耐热钢蠕变的宏观力学规律和微观演化动力,以及焊缝热影响区蠕变劣化比母材快和G91钢焊缝金属化学成分附加w(Mn+Ni)≤1.4%的原因等。     

高铬铁素体耐热钢管发展中的问题及争议(中)

讨论高铬铁素体耐热钢管发展中的一些问题及争议。介绍造成高铬铁素体耐热钢管发生早期损毁的主要原因——焊接热影响区的Ⅳ型开裂;分析国外高铬铁素体耐热钢管母材和焊接接头横向的蠕变断裂特性,及该产品国产化进展情况和国内产品的蠕变特性;解析T/P/G91钢的Ⅱ型化学成分设计及存在的异议;探讨高铬铁素体耐热钢蠕变的宏观力学规律和微观演化动力,以及焊缝热影响区蠕变劣化比母材快和G91钢焊缝金属化学成分附加w(Mn+Ni)≤1.4%的原因等。     

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1×105 h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。 创新点： (1)从宏观力学试验、断口形貌以及金相分析多个角度,分析T91/TP347H异种钢焊接接头蠕变性能以及服役对母材、热影响区、焊缝区微观组织变化的影响。 (2)基于显微硬度测试,分析服役前后T91/TP347H异种钢焊接接头母材及焊缝区的硬度变化,服役对焊缝及TP347热影响区起硬化作用。     

内压与焊接残余应力共同作用下高温管道蠕变有限元分析

利用大型有限元分析软件Abaqus的多次顺次耦合功能,先对P91钢高温主蒸汽管道焊接接头焊态和焊后热处理状态进行残余应力分析,然后采用Norton蠕变本构关系,根据P91耐热钢在625℃下焊缝、热影响区和母材的不同蠕变参数,对内压以及内压与热处理后残余应力共同作用下的接头蠕变进行有限元分析,分别得到了焊接残余应力和焊后热处理残余应力的分布规律,同时预测了在高温环境下服役105h后蠕变应变分布.结果表明,由于高温管道的壁厚以及约束等影响,焊后产生了较大的焊接残余应力,通过焊后热处理可以有效地降低焊接残余应力.但由于热处理残余应力的存在,仍对高温管道焊接接头的蠕变有较大影响,并且在焊缝与热影响区的交界处存在着较大的蠕变应变.     

T91/P91窄间隙热丝TIG焊接工艺对接头力学性能的影响

通过对T91/P91窄间隙热丝TIG焊试验,对比研究了焊接接头各区包括焊缝、热影响区、母材的显微组织,以及各项力学性能比如常温拉伸、高温拉伸、硬度及冲击性能,从而探究窄间隙热丝TIG焊对T91/P91钢焊接性的影响.试验结果表明,焊接接头组织均匀,主要为回火马氏体;抗拉强度达到了母材水平甚至比母材更强;焊缝区域硬度分布比较均匀,硬度值高于热影响区和母材;焊缝的冲击韧性也与母材相当.研究结果表明,窄间隙热丝TIG焊可以改进T91/P91焊接接头的焊接质量,焊接接头各项力学性能均满足使用需求,从而获得了较高质量的焊接接头.     

经长时运行的T91与G102异种钢焊接接头组织与性能分析

对运行了78000h的T91与G102(12Cr2MoWVTiB)异种钢焊接接头进行了组织和性能分析.结果表明,T91母材的显微组织未发生明显变化,G102母材的显微组织发生了回复和再结晶;焊接接头的向火侧抗拉强度及高温短时力学性能均低于母材标准要求值;G102侧及T91侧熔合线冲击值较低;该异种钢焊接接头(低匹配)的薄弱环节在G102及T91侧熔合线以及G102侧热影响区正火区处.     

长时运行T91/G102焊接接头组织性能分析

对长时运行前后T91/G102异种钢焊接接头的显微组织及显微硬度进行了研究.结果表明,长时运行对T91侧的显微组织影响不大,而对焊缝、G102侧的热影响区及母材的显微组织有明显的影响.焊后G102侧正火区形成的细小的粒状贝氏体组织经长时运行后有大量细小的片形M6C型碳化物析出.G102母材典型的板条状贝氏体组织经长时运行后则转变成了无明显贝氏体板条特征的回火贝氏体组织并伴有链状碳化物出现.显微硬度分析表明,运行后其T91侧显微硬度同运行前基本相当,焊缝及G102侧母材的显微硬度低于运行前,而G102侧热影响区的显微硬度却高于运行前的状况.     

P91主蒸汽管道焊接接头的蠕变特性和寿命估算

对P91钢母材和焊接接头进行持久试验，研究P91钢的蠕变特性，采用等温线法和L-M参数法对持久强度进行外推，进而对P91钢制主蒸汽管道的蠕变寿命进行估算。     

HC750/980MS马氏体钢焊管焊缝锯切开裂的原因

采用电阻焊工艺焊接的HC750/980MS马氏体钢管飞锯锯切后发现焊缝开裂。为了弄清其开裂的原因,对两件开裂焊管即管1和管2进行了化学成分分析、金相检验和力学性能检测,并分析了锯切过程中焊缝的受力状况。结果表明：焊管1母材强度较高、塑性较差,导致母材、热影响区和焊缝的变形性能不同而焊缝锯切开裂;焊管2母材强度较低,在相同的焊接压力下产生了搭接,降低了焊缝的有效厚度并产生应力集中,在锯切力的作用下焊缝开裂。通过降低HC750/980MS钢的碳和钛含量,提高铬含量,严格控制钢板力学性能的均匀性,解决了HC750/980MS钢焊管焊缝锯切开裂的问题。     

不同热处理状态AMS6308钢惯性摩擦焊接头组织及力学性能

在HWI-IFW-130型轴/径向多功能惯性摩擦焊机上,成功实现热轧态与热轧态AMS6308钢、淬火+回火态与淬火+回火态AMS6308钢惯性摩擦焊接. 对两种不同热处理状态的焊接接头进行检测分析. 结果表明,母材为热轧态的焊接接头,焊缝区为马氏体组织,热力影响区和热影响区为马氏体+贝氏体组织;母材为淬火+回火态的焊接接头,焊缝区为马氏体组织,热力影响区和热影响区为马氏体回火组织. 以焊缝为中心,显微维氏硬度呈对称分布,焊缝区显微维氏硬度最高;两种不同热处理状态母材获得的焊接接头,拉伸均断于母材.     

金属的焊接性

20093043TC4钛合金高转速惯性摩擦焊接头组织及性能分析/赵红凯…//焊接.-2008(11):46~49采用高转速(3500~4300r/min)惯性摩擦焊方法焊接TC4钛合金,观察了不同焊接工艺条件下焊接接头的显微组织,讨论了高转速条件下惯性摩擦焊接接头组织的形成机理,分析了焊接接头的性能。结果表明,TC4钛合金惯性摩擦焊接头呈“V“形,焊缝区和热影响区的组织特征与低转速条件下的显微组织一致。焊缝组织沿径向变化,心部为细小的等轴晶,向外逐渐过渡为片状组织;焊缝区的硬度高于母材和热影响区;接头拉伸试样断裂于母材。图5表3参820093044高氮奥氏体不锈钢MIG焊接头的组织和性能/杜挽生…//焊接.-2008(12):25~29高氮钢焊接技术的研究是高氮钢研制和应用的关键技术之一。采用熔化极惰性气体保护焊方法对7mm和14mm厚的高氮钢进行了焊接,研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,高氮钢MIG焊焊缝和热影响区的组织为奥氏体和少量的δ-铁素体,焊接接头强度与母材相当。7mm厚板MIG焊焊接接头具有较好的韧性,而14mm厚板热影响区韧性较低,其原因为经历多次焊接热循环导致敏化区的碳化物Cr23C6...     

金属的焊接性

20093043TC4钛合金高转速惯性摩擦焊接头组织及性能分析/赵红凯…//焊接.-2008(11):46~49采用高转速(3500~4300r/min)惯性摩擦焊方法焊接TC4钛合金,观察了不同焊接工艺条件下焊接接头的显微组织,讨论了高转速条件下惯性摩擦焊接接头组织的形成机理,分析了焊接接头的性能。结果表明,TC4钛合金惯性摩擦焊接头呈"V"形,焊缝区和热影响区的组织特征与低转速条件下的显微组织一致。焊缝组织沿径向变化,心部为细小的等轴晶,向外逐渐过渡为片状组织;焊缝区的硬度高于母材和热影响区;接头拉伸试样断裂于母材。图5表3参820093044高氮奥氏体不锈钢MIG焊接头的组织和性能/杜挽生…//焊接.-2008(12):25~29高氮钢焊接技术的研究是高氮钢研制和应用的关键技术之一。采用熔化极惰性气体保护焊方法对7mm和14mm厚的高氮钢进行了焊接,研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,高氮钢MIG焊焊缝和热影响区的组织为奥氏体和少量的δ-铁素体,焊接接头强度与母材相当。7mm厚板MIG焊焊接接头具有较好的韧性,而14mm厚板热影响区韧性较低,其原因为经历多次焊接热循环导致敏化区的碳化物Cr23C6...     

2.25Cr-1Mo-0.25V钢焊缝与母材的性能试验研究

采用埋弧自动焊焊接2.25Cr-1Mo-0.25V钢,对母材和焊缝的化学成分、力学性能、回火脆化敏感性进行了测定和显微组织观察。结果表明,母材与焊缝金属的化学成分及综合力学性能虽然都满足技术要求,但是母材组织均匀细小,回火脆性最小;焊缝区域晶界上有黑色颗粒物聚集;焊接热影响区的组织不仅粗大,晶界也有黑色偏聚物,因此仍是薄弱环节。     

X80钢级大直径直缝埋弧焊管裂纹研究与工艺改进

X80钢级大直径厚壁直缝埋弧焊管在扩径后存在焊缝趾部开裂现象。通过对该裂纹的断口及其理化性能进行检测,认为造成焊缝趾部开裂的原因是:焊接热输入量较高,热影响区韧性恶化;钢管扩径前焊缝附近母材存在应力集中;钢管热影响区与扩管模具发生挤压。针对上述因素,进行工艺改进,使得裂纹发生率从2.00%降低到0.12%。     

锅炉用T91/12Cr1MoV异种耐热钢TIG焊接头腐蚀行为

采用不同的氩弧焊焊接工艺,选用ER55-B2-MnV焊丝,对管壁厚为5mm的T91和12Cr1MoV两种耐热钢材料进行了焊接,焊后观察焊缝成形及焊缝各区域显微组织。通过电化学腐蚀试验,研究了不同工艺焊接的异种钢焊接接头的抗腐蚀性能。结果表明:T91/12Cr1MoV异种耐热钢管对接焊焊缝区组织不均匀,最佳焊接电流为120A。在电化学腐蚀试验中,当焊接电流为100A和140A时焊缝在3.5%NaCl溶液中耐腐蚀性能低于两种母材,120A试样的焊缝区由于存在大量较为均匀的马氏体使得其耐腐蚀性能优于100和140A试样。     

AF1410钢电子束焊接接头的腐蚀行为

针对AF1410钢电子束焊接接头,分析焊缝区、热影响区、母材区的微观组织,测试并研究各微区的电化学性能以及接头在3.5%（质量分数）NaCl溶液中的腐蚀行为。研究表明:焊缝区、热影响区、母材区的微观组织及电化学性能互相之间均存在明显差异,热影响区的自腐蚀电位最低,母材区的自腐蚀电位最高;未经热处理的AF1410钢电子束焊接接头热影响区最容易发生腐蚀,腐蚀以热影响区为中心向焊缝区和近缝母材扩展;适宜的热处理可提高AF1410钢电子束焊接接头的耐腐蚀性能。     

37CrMnMo钢管径向摩擦焊接头组织与性能

在优化焊接工艺参数下实现了45钢径向环与37CrMnMo钢管的径向摩擦焊接.试验结果表明,径向环发生了强烈地塑性变形,焊缝表面有明显的氧化色,管体上具有很窄的热影响区.焊缝抗剪强度平均达401 MPa,略高于径向环母材.硬度从焊缝结合界面向两侧的径向环和管体母材逐渐降低.焊缝剪切断口平滑,呈现明显的剪切韧窝断裂特征,表明焊缝具有较好的塑韧性.接头金相组织分析结果表明,焊缝具有很窄的结合面,45钢径向环和37CrMnMo钢管体侧热影响区组织分别为铁素体＋珠光体＋贝氏体和贝氏体＋少量马氏体,相比较母材产生了少量的马氏体组织,但焊缝中心及热影区的组织得到了细化.     

P22与TP304异种钢焊接工艺

采用手工钨极氩弧焊,并用ERNiCr-3型焊丝作为填充金属,进行了2种焊接工艺评定,实现了P22钢管与TP304钢管异种钢焊接,并对焊接接头进行了拉伸、弯曲、硬度试验。结果表明, 2种焊接工艺的评定结果均满足ASME第Ⅸ卷、 B31.1规范要求,所得焊接接头强度高于母材强度,断裂位置在P22母材上。2种工艺的热处理对象不同,但所得接头的P22钢侧热影响区和焊缝区的硬度均大于相对应的TP304钢侧热影响区硬度; 2种接头各组成区域硬度均低于HV10250,满足了阿美公司标准要求。在P22钢侧堆焊隔离层焊接工艺大幅度缩短了TP304钢管在敏化温度区间的停留时间。     

G115/T92异种钢焊接接头的显微组织及力学性能

利用钨极氩弧焊(GTAW)和手工电弧焊(SMAW)工艺,选用E90S-G焊丝和E9015-G焊条为焊料,对G115/T92异种钢进行焊接,研究其焊接接头的显微组织及力学性能。结果表明:接头焊缝、热影响区及母材均为典型的回火马氏体组织,T92侧焊缝及熔合线附近分布有多边形的δ-铁素体,含量不高于0.3%。G115侧熔合区发现有较明显的W、Co、Mo、Cu元素稀释现象。显微硬度在紧邻焊缝的热影响区达到最大值,在不完全相变区(ICHAZ)达到最小值,且经过二次回火,母材硬度降低。接头室温及650℃高温强度与T92钢相当,低于G115钢;室温断口位于T92侧母材,高温断口位于T92侧不完全相变区。     

P92钢焊接接头蠕变本构关系

通过热处理方法模拟焊接热循环,在 3.53 K/s 的升温速度下制备 P92 钢焊接热影响区各微区的模拟组织试样,通过单轴蠕变试验获得 923K 下 P92 钢熔敷金属、热影响区各微区和母材组织不同应力水平下的单轴蠕变数据,用最小二乘法拟合得到 P92钢焊接接头各区域组织在稳态蠕变条件下的蠕变本构方程.结果表明,相比焊接接头其它微区组织,试验应力较低时,细晶区的蠕变应变率最大,因此在低应力下细晶区容易发生蠕变开裂;随着应力水平的增加,焊接接头和母材蠕变速率逐渐超过细晶区,蠕变断裂易发生在焊缝或母材上.

Abstract：

The welding heat thermal cycle was simulated through the heat treating method, and the simulated microstructures of the coarse grain heat-affected zone (CGHAZ), fine grain heat-affected zone (FGHAZ) and intercritical heat-affected zone (ICHAZ)of P92 steel were prepared by using a furnace at 3.53 K/s of heating rate. The uniaxial creep data of the base metal, deposited metal and simulated CGHAZ, FGHAZ and ICHAZ specimens were obtained through the creep tests under the temperature of 923 K, and the creep constitutive equations of each material were obtained too. The result shows that the creep strain rate of FGHAZ is higher than the other zones of the welded joint under the low stress. So the creep rupture is easy to occur in te FGHAZ. In addition, the creep properties are obviously different among the CGHAZ, FGHAZ and ICHAZ, which indicate the HAZ has the obvious material heterogeneity.