HR3C异种钢焊接接头蠕变断裂研究.pdf

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第41卷第3期
锅炉技术
2010年5月
BOILER TECHNOLOGY
May.,2010
文章编号:CN31-1508(2010)05-0045-04
T92/HR3C异种钢焊接接头蠕变斷裂研究
金彦,顾福明,叶上云2,杨振国3
(1.上海市特种设备监督检验技术研究院,上海200063;2,上海锅炉厂有限公司,上海200245
3.复旦大学材料学院,上海20043)
关键词:变断裂;异种钢焊接;T92;HR3C
摘要:针对采用手工氩弧焊GTAW打底,手工电弧焊SMAW焊接的T92/HR3C异种钢接头,在USC条
件下对接头进行蠕变断裂加速试验,并分析端变断口微观形貌,研究结果表明:不同载荷条件下的蠕变断裂的
位置不同;T92/HR3C异种钢焊接接头蠕变断裂属于韧窝聚集型韧性断裂;T92/HR3C异种钢焊接接头在大
容量超超临界机组(USC)条件下服役是完全安全可靠的。
中图分类号:TG41.1
文献标识码:B
0前弯
受热面再热器、过热器高温段选用蠕变强度和抗
氧化性能较好的奥氏体钢、马氏体耐热钢。而低
多年来,欧洲、美国和日本等先后开展了旨温段应用较多的是12Cr1MoV等低合金钢材料,
在提高电厂热效率的研究计划,开发新型耐热合如此产生了T92和HR3C或T92和低合金钢
金钢材料,为满足使用温度可达625℃以上,承12 Orlov等异种钢接头的焊接问题。
受的压力上升到30MPa的实际需要,在已有的
不同钢种间相互焊接,由于成分、组织结构
9%~12%Cr马氏体钢的基础上,通过週整材料和性能差异较大,不可避免地存在高温高压长期
的合金元素组分,添加微量合金元素等,开发了运行状态,异种金属接头成为设备的薄弱环节
系列新型9%Cr高铬马氏体耐热钢,诸如T91/可能因焊接接头过早失效而影响整个设备的
291、T92/P92、NF616、HCM12、AE911等,用于行安全和使用寿命。本文针对T92与HR3C异
制造电厂的主要设备部件。新的9%Cr马氏体种钢焊接接头进行蠕变断裂持久试验和蠕变断
钢的使用温度已经达到600℃,其强度和持久强口微观形貌的SEM分析,发现T92与奥氏体钢
度,乃至于使用水平已经接近奥氏体钢的水平。焊接接头蠕变断口断裂特征形貌为蠕变孔洞和
近年来,T91/P91、T92/P92运用越来越广泛,成韧窝聚集型韧性断裂,评估T92/HR3C焊接接头
为电力行业主要设备的主选材料
的使用寿命。
在国内,从上个世纪八十年代开始从国外引1选材与试样制备
进了不少发电机组与相关技术。亦包括材料在
内,许多大型机组上使用的耐热材料逐渐向高Cr
T92与HR3C母材的规格均为OD41.3Xt
钢转化。自九十年代开始,国内一些单位开始6mm,它们的化学成分及热处理工艺见表1。经
T91、T92/P91、P92钢的开发和应用技术研究,金相试验打磨、抛光,并用苦味酸、盐酸、酒精、水的
在引进和消化吸收国外技术和产品向自主开发混合溶液,及硫酸铜、盐酸、酒精混合溶液分别腐蚀
研制阶段过渡。目前,T91、T92/P91、P92已经T92与HR3C母材,它们的显微组织结构如图1
广泛应用于电厂新机组的建造和老机组的更新所示。其中,T92钢为典型的板条状马氏体显微组
改造。其中T92/P92和其它钢种间的异种钢焊织,HR3C则是明显的块状奥氏体结构,晶粒度大
接问题。特别是随着火电机组参数不断提高,电小约为7级。通过上述试验可得,进行异种钢焊接
力企业采用的钢材种类也越来越多。如在锅炉选用的T92与HR3C母材都符合材料标准。
收稿日期:2010-01-05
作著简介:金彦(1978-),男,华东理工大学硕土毕业,工程师,主要从事锅炉压力容器压力管道的检验及有关技术的研究。
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锅炉技术
第41卷
表1T92与HR3C化学成分及热处理工艺
%
成分
C
Mo
N
Mn
P
Si
T92试样0.118.760.360.210.0590.250.460.0160.0020.390.0440.011.630.0033
ASME
≤≤0.03~≤
500,001
SA-213T920,139.500,600.250.090.400.600.0200.0100.500.070,04
00,006
HR3C试样0.0624.63
0.4920.291.240.0120,0010.390.24
ASMESA-2130.04~24.00
≤0.15~
TP310HCbN0,1026,00
0.6023,002.000.0300.0300.750.35
()
(a)T92,1500
(b)HR3C, 400x
图1T92与HR3C母材的显微组织结构
热处理条件:
丝,采用手工氩弧焊GTAW打底,手工电弧焊
T92:1050℃X20min(正火)+760℃X60SMAW焊妥对异种钢接头进行焊接,并在760
min(回火)
C~770℃的温度范围内焊后热处理2h,以消除
HR3C:最低1110℃固溶处理
残余应力。 ERNICR-3的化学成分见表2。ENi
以 ERNICR-3( INCONEI82,2.4mm)为焊CrFe3焊条的化学成分见表3。
表2焊丝 ERNICR-3的化学成分
成分
Fe
S
N
Nb+
ERNICI-3焊丝0.0302.901.300.0040.001
0.0172.50.31
20,0
Nb2.40
(AWS标准
ERNIC-3≤0.102.5~3.5≤3.0≤0.030≤0.015≤0.50≤0.50=67.0≤0.7518.00~22.002.0~3.0
表3爆条 ERNICRFE-3的化学成分
%
成分
P
S
Si
C
Nb-ta
ENICRFE-3焊条0.0547.355.40.0060.0080、500.0168.60.13
Nb1.25
(AWS标准
ENICRF3≤0.105.0~9.55100≤0.03050,01550.50≤0,50≥53:,01:013.00-17.001,0~2
2蠕变断裂试验
生在母材,低应力试验时则发生在HAZ与焊缝
的熔合面
为进一步评估T92/HIR3C焊接接头在USC
条件下的服役性能,对接头进行蠕变断裂加速试
表4T92/HR3C焊接
接头蠕变斷裂试验结果(625℃)
验。表4所列的是接头在625℃下,载荷从110
MPa到180MPa的蠕变断裂试验结果。从表中试样编号载荷/の,MPa断裂时间/h断裂位置
可看出,在载荷较大时,T92母材区是整个接头1180
378T92母材
蠕变强度最低的部分;而随着载荷减小,断裂位
160
865
T92母材
150
92母材
置则分别迁移到了T92HAZ与焊缝。这一蠕变
140
640
T92母材
断裂位置随载荷不同而发