PDF《10Cr9Mo1VNbN/ 12Cr1MoV 异种钢焊接》

10Cr9Mo1VNbN/12Cr1MoV 异种钢焊接 接头的蠕变损伤及界面失效 张建强1,

2 , 吴苏1 , 赵海燕1 , 王煜1* , 章应霖2 , 彭先宽2 (

1 .

清华大学 , 北京

100084 ;

2 . 武汉大学, 武汉 430072) 摘要: 针对马氏体耐热钢 10Cr9Mo1VNbN 和珠光体耐热钢 12Cr1MoV , 采用 TGS - 9cb 、H10Cr5Mo、TR31 三种焊丝形成高、中、低匹配焊接接头, 利用脉冲电流氩弧焊、高 温加速模拟工况、力学性能试验及电子显微分析, 研究了 10Cr9Mo1VNbN/12Cr1MoV 异种钢焊接接头的力学性能、高温强度、界面蠕变损伤及失效特征. 试验结果表明, 焊 前预热

250 ℃, 焊后回火

750 ℃*1 h , 加速模拟运行

500 h 后, 高匹配和中匹配接头的 力学性能劣化明显, 界面蠕变损伤及失效倾向较大;

而低匹配接头的力学性能优于高匹 配和中匹配接头, 界面蠕变损伤较轻, 失效倾向较小. 因此, 选用 TR31 焊丝作为 10Cr9Mo1VNbN/ 12Cr1MoV异种钢焊接接头的填充材料较为合适. 关键词: 异种钢焊接接头;

蠕变损伤;

界面失效 中图分类号:TG457 .

11 文献标识码: A 文章编号:

0253 -360X( 2002)

02 -75 -05 张建强

0 序言新型马氏体耐热钢10Cr9Mo1VNbN ( SA213T91 或T91) 具有优良的高温强度 、韧性 、焊 接性、抗氧化及抗热疲劳性能 ,并且易于加工成形 . 因此 ,目前 T91 已广泛应用于电力 、能源、锅炉 、压 力容器、 石油化工、核电、快中子反应堆等部门[ 1,2] . 在火力发电厂, T91 主要用于临界、 亚临界锅炉的过 热器,再热器的高温段,从经济角度考虑,低温段仍然 采用珠光体耐热钢 12Cr1MoV ,因而不可避免地存在 大量 10Cr9Mo1VNbN / 12Cr1MoV 异种钢接头. 长期以来, 人们认识到异种钢接头在使用过程 中热膨胀系数差而形成的热应力、碳迁移、 接头的组 织变化等 ,焊缝/母材界面处对早期蠕变失效十分敏 感,因而异种钢接头的使用寿命常常达不到设计要 求,一般约为同种钢接头寿命的 1/5 ~ 1/3 , 迫使机 组经常发生非计划停机 ,造成巨大经济损失 , 因此 , 异种钢接头界面蠕变损伤与失效一直是人们广泛关 注的问题[ 3~ 5] .虽然 T91/12Cr1MoV 接头的线膨 胀系数、热应力、成分梯度均低于奥氏体/珠光体或 铁索体接头,但是试验研究和生产实践发现, 该类接 头仍然存在早期界面失效, 失效的特点是焊缝/低强 母材侧贫碳层晶界形成蠕变孔洞 、 孔洞扩张、 汇聚、 形 成裂纹 ,裂纹距焊缝/低强母材界面约几个晶粒, 而 收稿日期 : 2001-09-18 *参加本项研究工作的还有鹿安理 焊缝成分是影响接头失效的主要原因之一 . 目前,国内外关于 T91/12Cr1MoV 异种钢接头 焊缝成分选择存在较大分歧 , 国外趋向于选择与 T91 相近的成分 ,即采用高匹配 ;

国内电力建设行业 推荐选用与 12Cr1MoV 相近的焊缝成分 , 即采用低 匹配 ;

有的研究者则认为采用介于T91 和12Cr1M oV 钢之间的成分比较合理 . 本文针对 T91/12Cr1MoV 异种钢接头选择了 三种焊丝,形成了高、 中、低三种焊缝成分 ,利用高温 加速模拟工况、 高温持久强度、力学性能试验 、 电子 显微分析 ,探讨了 T91/12Cr1M oV 异种钢接头性能 变化、 界面蠕变损伤及失效行为 ,为合理选择焊接材 料、制订焊接工艺 ,防止接头早期失效打下了良好基 础.1试验材料及方法 1.

1 试验材料 试验材料为 T91 、12Cr1M oV 小直径耐热钢管, 外直径为