347不锈钢高速电渣堆焊层退火过程中的组织结构和耐蚀性变化

摘要

加氢反应器通常在高温、高压、强腐蚀、临氢等环境下工作，国内一般选用铬钼钢作为其筒体材料并在筒体内壁堆焊一层耐蚀金属以满足使用要求。由于高速电渣堆焊具有极高的熔敷速率，可极大地提高生产效率，同时焊带、焊剂的消耗量较少，具有明显的经济效益，因此，高速电渣堆焊技术在压力容器内壁防护措施中越来越多的受到关注和广泛研究。本文针对加氢反应器的服役环境、结构特点和成本等多方面因素，采用高速电渣堆焊技术，选用 TBD309LNb堆焊材料，在加氢反应器筒体用12Cr2Mo1R试板上堆焊单层347奥氏体不锈钢堆焊层，并进行焊后去应力退火；然后通过化学成分分析、侧弯试验、铁素体含量测定、耐蚀性测试等，对高速电渣堆焊工艺进行评定；最后利用X射线衍射分析、光学显微分析、能谱分析等方法，通过铁素体含量测定、显微硬度测试、耐蚀性测试等，研究堆焊试板在690 oC长时间退火过程中的组织结构和耐蚀性变化，为加氢反应器的设计、制造、使用、维修等提供基础数据。
　　高速电渣堆焊工艺评定结果表明，铁素体含量、化学成分均能满足相关的技术要求，通过组织结构测试所得堆焊层满足堆焊层组织要求。侧弯实验和腐蚀试验均为合格，说明本课题中使用的堆焊方法能够得到性能达标的堆焊层，满足相关技术要求。
　　退火过程中堆焊试板组织结构的研究结果表明，经XRD、SEM等测试手段，表明退火过程中奥氏体堆焊层显微组织变化不大，通过 EDS分析得知，堆焊层晶界处形成Nb的碳化物，这种碳化物保证了使用过程中堆焊层对抗连多硫酸的能力。基材显微组织中可以明显看到，在退火72小时之后，回火贝氏体组织中板条状铁素体，随着退火时间的进行而消失，并且析出颗粒，经EDS分析可知，析出的是Mo的碳化物。在熔合线两侧，随着退火的进行，由于熔合区两侧存在Fe、C、Cr、Ni、Mo、Nb等元素的浓度梯度，所以会发生元素扩散，并在熔合线附近形成C偏聚层，Nb、Cr、Mo、Ni在熔合线附近都或多或少的存在一个富集区域。
　　退火过程中堆焊试板耐蚀性的研究结果表明，随着退火时间的增加，堆焊层腐蚀速率从8 h~32 h去应力退火后略有增加，并基本保持平稳，也就是耐蚀性略有下降，但基本保持平稳。从焊态到8 h~32 h去应力退火过程腐蚀率很快下降，也就是耐蚀性快速提高，从堆焊层EDS分析可以看到，随着退火的进行，Nb元素开始在晶界发生偏聚，耐蚀性能也随之提高，这与EDS所得结果保持一致。
　　退火过程中试样的显微硬度研究结果表明，随着退火时间的延长，铁素体含量在堆焊层上呈现下降趋势。从显微硬度分布的图中可以看出，随着退火时间的延长，显微硬度整体呈现下降趋势。在靠近堆焊层一侧，距离熔合线大约0.1 mm~0.3 mm范围内，会出现一个范围极小硬度极大的峰值，这主要是由于C元素的扩散引起的，基体一侧的C元素在退火过程中向堆焊层E347扩散，形成了一层增碳层，这层增碳导致这个区域内的碳含量远高于周围碳含量，使硬度增大。这与EDS所得结果保持一致。

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1 绪论

1.1课题背景和研究意义

1.2临氢压力容器用钢发展现状

1.3加氢反应器工作环境及面临的腐蚀问题

1.4 压力容器堆焊技术

1.5课题研究的主要内容

2 试验方案

2.1 试验材料

2.2试验方案

2.3 试验设备

2.4试样表征

3 12Cr2Mo1R表面高速电渣堆焊E347

3.1 高速电渣堆焊工艺

3.2 焊后退火工艺

3.3 退火后堆焊试板的探伤

3.4 高速电渣堆焊工艺评定

4 347不锈钢高速电渣堆焊层退火过程中的组织结构和耐蚀性变化

4.1 347不锈钢高速电渣堆焊层退火过程中的组织结构变化

4.2 347不锈钢高速电渣堆焊层退火过程中的显微硬度变化

4.3 347不锈钢堆焊层耐蚀性变化

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间研究成果