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HR3C鋼焊接接頭700℃的蠕變組織演變

發(fā)布人:上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn 更新時(shí)間:2016-01-11
HR3C鋼是日本住友公司在20世紀(jì)80年代研制出的一種奧氏體耐熱鋼,它是在TP310鋼的基礎(chǔ)上通過復(fù)合添加Nb、N合金元素而形成的一種新鋼種,由于鋼中Cr、Ni合金元素的含量較高,有效地增強(qiáng)了鋼的抗高溫腐蝕和高溫蒸汽氧化的能力,并穩(wěn)定了奧氏體組織,抑制了σ相的析出傾向,被廣泛應(yīng)用于金屬壁溫不超過700℃超超臨界機(jī)組中的鍋爐過熱器和再熱器部件。

?HR3C鋼是日本住友公司在20世紀(jì)80年代研制出的一種奧氏體耐熱鋼,它是在TP310鋼的基礎(chǔ)上通過復(fù)合添加Nb、N合金元素而形成的一種新鋼種,由于鋼中Cr、Ni合金元素的含量較高,有效地增強(qiáng)了鋼的抗高溫腐蝕和高溫蒸汽氧化的能力,并穩(wěn)定了奧氏體組織,抑制了σ相的析出傾向,被廣泛應(yīng)用于金屬壁溫不超過700℃超超臨界機(jī)組中的鍋爐過熱器和再熱器部件。

當(dāng)HR3C鋼經(jīng)歷焊接后,焊接接頭的組織狀態(tài)與母材相比會(huì)有明顯差異,在高溫蠕變過程中,接頭的組織還會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的變化,從而影響接頭的高溫性能。研究人員通過HR3C焊接接頭700℃的持久試驗(yàn),分析接頭蠕變過程中的組織變化,為了解HR3C鋼焊接接頭的高溫性能提供一定的依據(jù)。
試驗(yàn)用HR3C鋼管供貨狀態(tài)為固溶處理,規(guī)格為Φ45mm×9.6mm。焊接材料選用配套焊絲T-HR3C。規(guī)格Φ2.5mm,SPECTROLAB定量光譜儀實(shí)測(cè)化學(xué)成分如表1所示。
將管材加工成長100mm管段,“V”形坡口,置于45固定位置焊接,焊接方法為手工鎢極氬弧焊(GTAW),焊接材料為配套焊絲T-HR3C,焊接規(guī)范如表2所示。經(jīng)檢驗(yàn)合格的接頭依據(jù)GB/T?2039-1997《金屬拉伸蠕變及持久試驗(yàn)方法》加工成持久試樣。
在RC-1130高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行HR3C鋼焊接接頭高溫持久試驗(yàn),試驗(yàn)溫度為700℃,試驗(yàn)應(yīng)力為180、160和140MPa。通過Olympus?Model?BX51M型金相顯微鏡和JSM-6380LA掃描電鏡觀察焊接接頭的顯微組織。
表1??HR3C鋼和T-HR3C焊絲的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)
?
項(xiàng)目
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
Cu
Nb
N
HR3C鋼
ASME?Code
Case2115-1
0.04~0.10
≤0.75
≤2.00
≤0.030
≤0.030
24.00~26.00
17.0~23.0
-
-
0.20~0.60
0.05~0.35
實(shí)測(cè)
0.06
0.35
1.18
0.019
0.003
25.3
19.8
0.13
-
0.39
-
T-HR3C焊絲
實(shí)測(cè)
0.05
0.28
1.55
0.011
0.003
27.4
19.9
0.84
2.24
0.40
-
?
表2?HR3C鋼焊接工藝參數(shù)
層數(shù)
電流/A
電壓/V
單層增厚/mm
氬氣流量/(L·min-1)
1
70~90
10~12
3~4
8~10
2~5
70~100
10~12
1~2
8~10
6
70~100
10~12
1~1.5
8~10
?
結(jié)果表明:
(1)700℃高溫持久試驗(yàn)中,HR3C鋼接頭組織中有大量M23C6析出,M23C6沿奧氏體晶界呈連續(xù)分布,在焊縫胞狀樹枝晶內(nèi)以針狀幾乎布滿了整個(gè)組織。
(2)粗大連續(xù)分布的M23C6易在晶界上形成蠕變裂紋,而焊縫枝晶內(nèi)的針狀M23C6導(dǎo)致組織脆化,加速蠕變裂紋擴(kuò)展,致使接頭蠕變強(qiáng)度下降。

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