鎳基和奧氏體的1Cr5Mo合金管異種鋼焊接接頭的高溫性能研究

鎳基和奧氏體的1Cr5Mo合金管異種鋼焊接接頭的高溫性能研究
 
    在我國石油化工、化工、發電等過程工業中，異種合金鋼管焊接接頭在高溫環境下使用十分廣泛。使用經驗表明A302焊接的1Cr5Mo合金管異種鋼焊接接頭由于母材和焊材之間碳化物形成元素(如Cr，Mo等)含量相差較大，在服役過程中出現碳遷移，易在焊縫側形成增碳層，母材側熱影響區中出現脫碳層。

    由于脫碳層的低硬度，導致其高溫力學性能的下降，在服役中出現早期失效，影響高溫裝置長周期安全可靠地運行。

    為了改善1Cr5Mo合金管異種鋼焊接接頭高溫服役性能，本文在國家自然科學基金《含裂紋不均質界面材料的高溫斷裂理論的研究》(項目編號10172046)的資助下，從微觀組織和力學性能方面，研究了鎳基Incone182焊接的1Cr5Mo合金管異種鋼焊接接頭的高溫性能，并與A302焊接的1Cr5Mo合金管異種鋼焊接接頭進行比較，為鎳基Cr5Mo異種鋼焊接接頭在高溫下長時安全服役提供科學依據。

   本文通過時效方法，結合微觀組織和掃描電鏡(SEM)分析以及微觀硬度測量，研究了A302和Incone182焊接的1Cr5Mo合金管異種鋼焊接接頭的碳遷移問題。研究表明A302／Cr5Mo異種鋼焊接經過時效處理發生明顯的碳遷移，熔合線附近出現增碳層和脫碳層，而Incone182／Cr5Mo異種鋼焊接接頭基本上沒有碳遷移發生，表明Ni元素能提高碳原子的活性，降低碳化物的穩定性，有效抑制碳遷移的發生。

    本文采用長時高溫局部變形測量方法，首次對異種鋼焊接接頭焊縫附近局部區域的蠕變變形進行測量，研究了熔合線附近的蠕變行為。對于A302／Cr5Mo異種鋼焊接接頭，由于碳遷移形成的脫碳層部位具有較高的蠕變應變速率，抗高溫蠕變斷裂性能降低，成為高溫斷裂的薄弱部位。

    對于Incone182／1Cr5Mo合金管異種鋼焊接接頭，由于有效地抑制碳遷移的發生，熔合線附近沒有出現較高的蠕變應變速率，不易于在熔合線附近發生高溫斷裂。

    從高溫強度試驗結果可知，Incone182／Cr5Mo和A302／Cr5Mo異種鋼焊接接頭的高溫短時拉伸強度基本相同，用鎳基焊條焊接的1Cr5Mo合金管異種鋼焊接接頭高溫抗拉強度滿足要求。

    在低應力的持久試驗中，A302／Cr5Mo和Incone182／Cr5Mo異種鋼焊接接頭的斷裂時間有明顯差異，前者蠕變斷裂在熔合線的脫碳層部位，后者則斷在母材部位。奧氏體不銹鋼焊接的Cr5Mo異種鋼接頭的蠕變壽命僅為鎳基焊條焊接的Cr5Mo異種鋼焊接接頭的40～50％。

    綜合而言，碳遷移降低了異種鋼焊接接頭的高溫蠕 摘要 變強度，鎳基1Cr5Mo合金管異種鋼焊接接頭具有良好的抗高溫斷裂性能。

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