异种钢焊接接头力学性能与组织结构研究

摘要

近年来，火力发电向高效、节能、环保的方向不断发展，对电站锅炉提出了更高的标准和要求。过热器和再热器作为电站锅炉中的重要部件，需要使用不同性能的金属材料，因此这些部件中出现大量的异种钢焊接接头。由于异种钢焊接使用的金属材料化学成分、组织性能等均不相同，易发生早期失效。目前针对服役状态的异种钢焊接接头失效原因的研究相对较少，有必要开展相关的研究工作。
　　本文针对服役状态下的T91/TP347H、T22/TP347H、12Cr1 MoV/TP347H焊接接头发生的爆管、泄露、开裂等失效现象，开展常温、高温力学性能和微观组织等方面的研究，查明异种钢焊接接头的失效原因，为火电机组安全运行提供理论依据。主要研究内容如下:
　　(1)首先对T91/TP347H、T22/TP347H、12Cr1 MoV/TP347H开展常温力学性能试验，试验结果表明常温拉伸断裂位置均靠近熔合线，接头的断裂侧靠近熔合线的位置应着重观察分析。T22/TP347H缺口敏感性试验表明预制缺口对焊接接头的影响不强烈，接头对预制的两类缺陷敏感性不大。
　　(2)对T22/TP347H和12Cr1MoV/TP347H试样开展高温力学性能试验，试样低合金侧存在氧化缺口，拉伸断裂位置均位于低合金钢母材一侧，利用应力三轴度理论对焊接接头的高温短时拉伸断裂机制进行分析，上述两种接头低合金侧高温力学性能相对薄弱，现有尺寸的氧化缺口对接头高温短时拉伸性能影响较小。经T22/TP347H高温持久试验结果推出105小时的持久强度约为97MPa，高于标准要求(≥81MPa)。
　　(3)对T91/TP347H、T22/TP347H、12Cr1 MoV/TP347H进行微观组织分析，T91/TP347H组织未发现异常;T22/TP347H和12Cr1 MoV/TP347H组织球化等级为2.5～3.0级，低合金侧熔合线处外壁的氧化缺口深度大于内壁，深度约为40～170μm。能谱分析得出，T91/TP347H焊缝的打底层和盖面层的金属成分不同;T22/TP347H和12Cr1MoV/TP347H接头低合金钢侧熔合线处的“类马氏体”对接头力学性能有不良影响。分析元素含量得知，析出物主要为M23C6和NbC等。碳元素测定表明，熔合线两侧碳迁移是造成显微硬度测试中出现峰值或谷值的主要原因。

目录

声明

摘要

1．1．1 课题背景

1．1．2 电站锅炉用铁素体耐热钢的发展概况

1．1．3 电站锅炉用奥氏体耐热钢的发展概况

1．1．4 研究意义

1．2 异种钢焊接接头研究状况

1．2．1 热影响区、熔合区影响因素

1．2．2 碳迁移影响因素

1．2．3 多种应力影响因素

1．2．4 高温强度影响因素

1．3 本文的主要研究内容

第2章 试验材料及方法

2．1 试验材料

2．1．1 T91／TP347H焊接接头

2．1．1 T22／TP347H焊接接头

2．1．3 12Cr1MoV／TP347H焊接接头

2．2 试验方法

2．2．1 常温拉伸试验

2．2．2 高温拉伸试验

2．2．3 冲击试验

2．2．4 高温持久试验

2．2．5 显微硬度测试

2．2．6 显微组织分析

2．3 主要试验仪器及设备

2．4 本章小结

第3章 异种钢焊接接头常温力学性能研究

3．1 焊接接头的失效现象概述

3．1．1 T91／TP347H焊接接头

3．1．2 T22／TP347H焊接接头

3．1．3 12Cr1MoV／TP347H焊接接头

3．2 常温力学性能试验

3．2．1 T91／TP347H焊接接头拉伸试验

3．2．2 T22／TP347H焊接接头拉伸试验

3．2．3 12Cr1MoV／TP347H焊接接头拉伸试验

3．2．4 12Cr1MoV／TP347H常温冲击试验

3．3 缺口敏感性分析

3．4 显微硬度测试

3．4．1 T91／TP347H焊接接头

3．4．2 T22／TP347H焊接接头

3．4．3 12Cr1MoV／TP347H显微硬度测试

3．5 本章小结

第4章 异种钢焊接接头高温力学性能研究

4．1 高温短时拉伸试验

4．1．1 T22／TP347H异种钢焊接接头

4．1．2 12Cr1MoV／TP347H异种钢焊接接头

4．1．3 高温拉伸断裂机制分析

4．2 12Cr1MoV／TP347H高温冲击试验

4．3 T22／TP347H高温持久试验

4．4 本章小结

第5章 异种钢焊接接头显微组织分析

5．1 金相组织分析

5．1．1 T91／TP347H异种钢焊接接头组织分析

5．1．2 T22／TP347H异种钢焊接接头组织分析

5．1．3 12Cr1MoV／TP347H焊接接头组织分析

5．2 扫描电镜分析

5．2．1 T91／TP347H焊接接头

5．2．2 T22／TP347H焊接接头

5．2．3 12Cr1MoV／TP347H焊接接头

5．3 本章小结

6．1 结论

6．2 本论文的创新点

6．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢