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长时时效后的NiCrMoV异种钢接头焊缝性能和组织的研究[铸造][铸造厂][铸件][不锈钢][锈钢]

来源:未知 佚名 2018-05-17 浏览
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    转子是大型汽轮机设备的核心部件之一,目前主要有套装、整段和焊接三种制造方式,与前两种方式相比,焊接转子具有设计灵活、结构紧凑、重量轻、刚性好、运行应力低、分段锻件尺寸小、质量易保证和生产周期短等优点,已被世界上多家汽轮机制造厂商选用。对于高中低压一体化转子,不同部位可采用不同等级材料,最大限度地发挥材料的特性,达到理想的组合,并节约贵重元素,进一步降低生产费用。异种钢焊接技术在单缸汽轮机、燃气轮机/联合循环汽轮机、百万千级超-超临界汽轮机高/中压转子的生产上已逐渐得到应用。NiCrMoV钢是常用于大型汽轮机的一类低合金高强度钢,具有高强度和良好的低温冲击性能,根据NiCrMoV等几种基本元素不同的配比关系可组成不同强度级别、组织和性能的钢种。这类材料回火脆化敏感性较高,在工况350500℃长时间使用易产生脆性。对NiCrMoV异种钢焊接转子时效后是否发生脆性,尚未见研究报道。有文献指出,NiCrMoV钢在250400℃范围内的时效脆性与时效时沿晶界和亚晶界析出的薄片状碳化物、残余奥氏体的分解及溶质原子在原奥氏体晶界偏聚有关。本文选用异种NiCrMoV钢组成的焊接转子模拟件焊接接头,使其在模拟服役环境下时效3500h,然后从该模拟件上各区域取样进行冲击试验,通过对冲击后的试样进行化学成分、金相显微镜、扫描电镜、电子背散射等试验分析,研究此焊接接头时效后韧性与微观组织间内在联系。研究结果为分析汽轮机焊接转子服役过程中材料损伤与脆化提供依据,并提出控制策略。
试验材料为22Cr2NiMoWV30Cr2Ni4MoV钢锻件。这两种材料均为超纯净钢,将SPAsSnMn等杂质含量降低到最低限,其力学性能如表1所示。
 
ReL/MPa
Rm/MPa
A(%)
Z(%)
AKV/J
22Cr2NiMoWV
650~720
860
15
40
80
30Cr2Ni4MoV
760~860
860~1040
15
40
140
将这两种钢的异种钢焊接模拟件采用窄间隙坡口、氩弧焊打底和深窄间隙埋弧焊,多层多道焊接而成,焊材为含2%Ni的专用焊丝。模拟件焊后进行局部去应力热处理及350℃×1000h的时效处理。然后,分别对时效态和未时效态模拟件进行机械切割,制备冲击试验、金相分析、扫描电镜分析、EBSD分析试样。
异种NiCrMoV钢焊缝金属中的残余奥氏体在时效过程中发生热失稳分解,沿板条马氏体条间析出碳化物。通过对微观组织的金相、扫描电镜观察分析表明,NiCrMoV钢异种接头经过时效处理,碳化物于晶界和亚晶界析出,弱化了晶界。异种NiCrMoV钢焊缝金属经过时效后,残余奥氏体分解、N的晶界偏聚和碳化物沿晶界析出共同作用是导致其韧性下降的原因。
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