Super304H奧氏體鋼焊接接頭組織與性能研究.pdf

1、節(jié)能和環(huán)保要求新建現(xiàn)代化發(fā)電廠必須提高生產(chǎn)效率,而作為最成熟的潔凈煤發(fā)電技術之一的超超臨界(USC)機組則成為目前火力發(fā)電的共同發(fā)展趨勢,使其20年來在國內(nèi)外得到了快速的發(fā)展,而這又首先得益于高溫性能優(yōu)良的新型耐熱鋼成功的開發(fā)和應用。中國USC機組中高溫過熱器和再熱器的高溫段大都采用的是Super304H鋼,但目前對Super304H鋼焊接接頭的深入研究報道較少,因此研究焊接接頭的組織與性能、尤其在高溫時效條件下接頭的組織結(jié)構變化及其與

2、性能之間關系研究,不但對確保機組的安全運行具有重要的現(xiàn)實意義,而且對于鋼材的應用和監(jiān)督、實現(xiàn)鋼材的國產(chǎn)化都有實際意義。
　　 本文綜合應用會相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、能譜分析儀、透射電子顯微鏡、電子探針、X-射線衍射儀,以及常溫力學性能試驗、高溫持久試驗和電化學動電位再活化法等手段,研究了Super304H鋼焊接接頭的微觀組織結(jié)構及其對性能影響,高溫時效條件下Super304H鋼焊接接頭的微觀組織變化規(guī)律、析出相在焊接和時效過程

3、中的變化、以及這些變化對接頭常溫力學性能、高溫持久強度和晶間腐蝕性的影響,探討了接頭的弱化機理,解明了焊接工藝對接頭性能影響的關鍵因素。
　　 在供貨狀態(tài)下Super304H鋼的微觀組織為晶粒細小的γ-基體+析出相,γ晶粒尺寸均勻細小。析出相主要由Nb(C,N)和富Cu相組成,Nb(C,N)有呈方向性分布的尺寸較大的條塊狀和呈彌散分布的細小顆粒狀兩種形態(tài),富Cu相尺寸均勻細小呈彌散分布。在焊接條件下Super304H鋼焊接接頭的

4、微觀組織為γ+析出相,焊縫為典型的胞狀枝晶形態(tài),而靠近熔合區(qū)的熱影響區(qū)晶粒有明顯長大現(xiàn)象。接頭中的析出相主要是Nb(C,N)和富Cu相,在焊縫枝晶界處分布有顆粒狀或蠕蟲狀的Nb(C,N)。
　　 經(jīng)最高1350℃高溫處理后,Super304H鋼基體組織仍為單一的γ相,溫度低于1100℃時γ晶粒緩慢長大,高于1150℃時晶粒尺寸急劇長大。在高溫處理過程中析出相的種類有Nb(c,N)、富Cu相、M23C6和NbCrN,隨溫度不同,析

5、出相發(fā)生析出或溶解的變化,同時它們的形態(tài)、分布和數(shù)量也呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律,由此引起Super304H鋼的沖擊韌性和顯微硬度產(chǎn)生相應的變化。因此,Super304H鋼長期工作溫度不宜超過700℃,為提高接頭的抗高溫蒸汽氧化性,需盡可能控制其在1150℃以上溫度區(qū)域停留的時間,并應該通過改善冶金條件來細化焊縫組織。
　　 經(jīng)過600℃-700℃高溫時效后,Super304H鋼焊接接頭的微觀組織仍為γ+析出相,基體組織特征基本沒發(fā)生

6、變化,析出相主要是Nb(C,N)、富Cu相和M23C6。時效條件不同,析出相的析出行為也不同,焊縫和母材中的Nb(C,N)相對析出量曲線形狀與它們在原始組織中的含量有關,M23C6主要沿晶析出,其形態(tài)由細條狀或顆粒狀向鏈球狀(長條狀或塊狀)、孤立的顆粒狀轉(zhuǎn)變,并且溫度對M23C6的影響遠大于時間。
　　 試驗條件下Super304H鋼焊接接頭的蠕變斷裂強度高于母材,蠕變斷口位于遠離熔合線的母材上,蠕變空洞的主要形核位置在尺寸較大

7、的條塊狀。Nb(C,N)處,隨著蠕變時間的延長,晶界上M23C6也是空洞形核的主要位置。
　　 在600℃-700℃時效條件下Super304H鋼焊接接頭發(fā)生顯著的時效脆化現(xiàn)象,造成Super304H鋼焊接接頭時效脆化的根本因為是大量M23C6沿晶析出,而且析出量是決定因素。在使用溫度范圍內(nèi)時效時,焊縫金屬穩(wěn)定的沖擊功僅為13J,遠低于母材和熱影響區(qū)的沖擊功,因此,盡管目前的Super304H鋼選用的焊接材料與母材基本匹配,但這

8、方面依然需要運行檢驗或進一步研究改進。
　　 Super304H鋼焊接接頭在供貨狀態(tài)和焊接條件下具有優(yōu)良的抗晶間腐蝕性能。經(jīng)600℃-700℃時效后則具有較大的晶間腐蝕敏感性,時效過程中Super304H鋼焊接接頭晶間腐蝕敏感性變化與M23C6的數(shù)量、形態(tài)和分布變化相一致,M23C6沿晶界析出是Super304H鋼焊接接頭在時效條件下發(fā)生晶間腐蝕的根本因為,而且析出量是決定因素。M23C6不僅沿晶析出引起貧Cr發(fā)生晶間腐蝕,而且