高温时效对超超临界锅炉用HR3C钢接头微观结构及力学性能的影响

率 ） ， 论是 哪种 相生 成 ， ］不 当其 在 高温 不 断析 出后 ， 极
易在 晶界 形成 沿 晶断裂 。 因此 ， ３ ＨＲ Ｃ钢应 用 不 仅要 关
ｆ本住 友 金属株 式会 社 生产 ， 格 为 ２ ４ ｍ ３ 规 ． ｍ。ＨＲ Ｃ ３
钢 管及 Ｙ Ｔ—Ｈ ３ Ｒ Ｃ焊丝 的 主要化 学成 分见 表 １ 。
关键词 ： Ｈ ３ 焊接接头 ＲＣ
中 图分 类 号 ：相
０ 前
言
注接 头常 规性 能 ， 重要 的还 应 关 注接 头 的高 温时 效 。 更 文 中采用 匹配 焊丝 Ｙ Ｔ—Ｈ ３ Ｒ Ｃ制 备 接 头 ， 进 行 接 头 并
高温加 载 时效 试 验 ， 点 分 析 时 效 前 后 的 接 头 脆 化 程 重 度及 时效 沉淀 相 析 出特 征 ， 超超 临 界 机 组 锅 炉 金 属 为 监督提 供 支持 。
２１ ０ １年 第 ５期 ４ ５
收 稿 日期 ： ０ １ １—１ ２ １ —０ ９
效脆 化非 常敏感 的时 间段 ， ０ １０ ０ｈ后 韧 性 变 化趋 于平
Ｄ — — 中径 ＝（ 。 ￡ ， ｍ； Ｄ 一 ）ｍ
— —
缓【 ， ２ 因此试 验 时间设 计为 １ ０ 。 Ｊ ０ｈ ０
同位置试 样在 时效前 后 的微 观 结构 和 力学 性 能特 征 变
性 、 口扫描 的性能 特征 。 断
微 观 分析 取 样 （ 时 效 ） 未
化 。主要 检验 时效前 后 的微 观 结构 、 拉 强度 、 抗 冲击 韧
ＭＰ ， 计算 ： ９ １７Ｍ ａ ａ经 ｐ＝２ ．２ Ｐ 。
的关键性 能 之 一 ， 焊 接 接 头 在 高 温 下 时 效 或 服 役 一 而
定 时 间后 组 织 也 会 发生 一 系列 变化 ， 严 重 影 响 冲击 并 韧 性指 标 ， 役 或 时 效 导 致 的 脆 化 一般 是碳 化 物 析 出 服 和 ｏ 相 生 成 两 种 因 素造 成 （ 铬 会 增 大 相 生 成 几 ｒ 高
表 １ Ｈ ３ 钢管及焊丝成分 （ 量分数 ， ） ＲＣ 质 ％
注① 焊丝 由 Ｓ ＭＫ Ｎ ＷＥ ＤＮＧＩ Ｄ Ｓ ＲＩＳ供货。 Ｕ Ｉ Ｌ Ｉ Ｎ Ｕ Ｔ Ｅ
１ ２ 制备 方法 ．
１ ３ 试 验设 计 ． １ ３ １ 时 效参数 选择 。．
采用 手工 ＴＧ焊 方法 制 备 接 头 ， 接 热 输 入 量 控 Ｉ 焊
１ 试 验 设计
１ １ 材 ． 料
ＨＲ Ｃ ２ Ｃ － Ｎ — ｂ Ｎ） １ 住 友 金 属 工 业 株 ３ （ ５ ｒ ０ ｉ ． 是 ３本 ２ Ｎ
式 会社 研制 开 发 的新 型奥 氏体 不 锈 钢 管 ， 有 良好 的 具 耐蒸汽 氧化 、 烟气 腐蚀 和高 温热 强 性 能 ， 量用 于 国 抗 大 内超超 临界火 电机 组锅 炉 高温 过 热 器 和高 温再 热器 的 高温段 。Ｈ ３ Ｒ Ｃ钢 的高 温 时效 脆 化 是 影 响 其 结 构 寿 命
制在 １ Ｏ～１ Ｊｃ 不预 热 、 热处 理 。 ２ ｋ／ ｍ， 不
截 取一定 宽 度 的板 状 试 样采 用 高 温 蠕 变持 久 试验 机挂 样 高 温 加 载 试 验 。 国 外 和 国 内 部 分 机 构 关 于
ＨＲ Ｃ钢材 时效 的研 究 结 果表 明 ， １０ ０ ｈ基本 是 时 ３ 前 ０
生产应用 ｒ 缛掳
高 温 时 效 对 超 超 临 界 锅 炉 用 ＨＲ 钢 接 头 ３ Ｃ 微 观 结 构 及 力 学 性 能 的 影 响
神 华 国华徐 州发 电有 限公 司（ ２ １６ ２ １６ ） 许 爱 军
苏 州 热 工 研 究 院 有 限 公 司（ １０ ４ ２５０ ）
摘要
式 中 ：— —额 定工 作压 力 ， Ｂ ２ ２ 水 管锅 炉受 压元 件 ｐ Ｇ ９２ “
效 的试样 紧 邻 面作 为金 相 检 验 截 面 ， 大 限度 表 征 相 最
强度 计 算 ” 定 对 于 过 热 蒸 汽 管 子 ， 虑 超 压 工 况 规 考
ｘ１０ 。 用 的 高 温 过 热 器 进 口 蒸 汽 压 力 为 ２ ． ４ ．５ 选 ７ ７
１
／ ／
＼＼ ＼ｌ ＼
＼
焊 缝 冲击 取样 （ 时 效 ） 未
图 １ 时效 试 验 取 样 设 计 图
２ 试验 结果 分析
呷
２ １ 接 头 时效前后 的冲击韧 性特 征 ． 时效前 后 的焊 接 接 头 母 材 区 、 缝 区 冲 击 韧 性 变 焊 化见 图 ２ 。经过 １０ ０ ｈ ６ ０ 的加 载荷 时效 试 验后 ， ０ ，５ ＨＲ Ｃ接 头 母 材 室 温 冲 击 韧 性 平 均 值 从 时 效 前 的 ３
＝
，
５ ６ Ｍ Ｐａ ４．
．
金属壁 温高 出蒸 汽温 度 ３ ５ ０～ ０℃ ， 为便 于与 标准 和 其 他研究 机构 的结 果 比较 ， 择 ６０ｏ 为 时 效 试 验 温 选 ５ Ｃ作
度。
ＨＲ Ｃ钢管 在 ６ ０ ｏ ３ ５ Ｃ的工 作 压 力小 于该 温 度 下 的 许 用应力 ６ ａ ９ＭＰ 。
时 间 １ ０ 。 ０ｈ ０ １ ３ ２ 取样 设计 ．．
选择 时效 参 数 ： 度 ６ ０℃ ， 力 ５ ． ａ 时 效 温 ５ 应 ４ ６ ＭＰ ，
由于管 子属 于薄 壁管 ， 到 介 质 内压 中径 公 式 受 按 计 算其 一次 总体 薄膜 应力 。 内压产 生 的周 向一次 总 体
薄膜应 力 ：
（） １
分别 截 取 Ｈ ３ Ｒ Ｃ焊 接接 头母 材 区和 焊缝 区两 个 区
域 的 冲击 试 样 ， 取 时保 证 各 区域 的未 时 效 与 时 效 样 截
：
处于焊接接头轴线方 向的相 同位置， 同类试样紧邻 且 （ １， 图 ） 标记 紧邻 面 ； 在 冲 击 试 验前 ， 未 时 效 和 时 并 将
朱
平
赵 建仓
利用高温蠕变持 久试 验机 ， 超 超临 界 （ Ｓ ） 组锅 炉用 Ｈ ３ 对 ＵＣ 机 Ｒ Ｃ钢 接 头 设 计 进 行 ６０ ｏ ５ ． Ｐ ， ５ Ｃ，４ ６ Ｍ ａ
１００ｈ的高温加载 时效试验 ， 比分析 了未 时 效 与 时效 的 Ｈ ３ ０ 对 Ｒ Ｃ钢 接 头微 观 结 构 和力 学性 能 特 征 ， 果 表 明， 结
试 验 用 ＨＲ Ｃ钢 管 为 日本 住友 金 属 工业 株式 会 社 ３ 生产 ， 规格 为 ＋ ０ ３ ｍ× ．６ｍ 符 合 Ａ ＭＥ Ｃ Ｄ ６ ． ２ｍ ４ ６ ｍ， Ｓ Ｏ Ｅ
Ｃ Ｓ １ ５—１ 准要 求 。试 验 焊 丝为 Ｙ Ａ Ｅ２ １ 标 Ｔ—ＨＲ Ｃ， ３ 由
暑
０
＼
犀 佰 量
２５５Ｊｃ 降至 时效后 的 ６ ／ ｍ ， 相 当 于 时效 前 ５ ． ／ｍ ７Ｊｃ 仅 的 ２％ ， ６ 降幅 明显 。冲 击试 验 的位 移 一载 荷 示 波 曲 线
清 晰反 映 出试 样在 冲击 载荷 下 的能量 吸收状 况 ， 图 ３ 如
接头母材区 Ｙ — ３ Ｔ ＨＲ Ｃ焊 丝接 头
所示 ， 时效后 的试 样 断 口从 韧 窝状 韧 性 断 口变 为沿 晶
的脆性 断 口特征 ， 图 ４所 示 ， 部 分 晶粒 包裹 有 部 分 如 仅 细小韧 窝特 征 ， 明 ＨＲ Ｃ钢 接 头母 材 区 时效 后 脆 化 说 ３
特 征 明显 。
４６ ２ １ 第 ５期 ０ １年
母材冲击取样（ 未时 效 ）
一 … … … 一
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焊 缝 冲击 样 （ 效 ） 时
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图 ２ 时效与未时效接头室温冲击韧性比较
（ 格 ： ｍ ×１ ５ ｍ） 规 ５ｍ ０ｍｍｘ ５ｍ
采用 Ｙ Ｔ—ＨＲ Ｃ不锈 钢焊 丝焊 接 的 Ｈ ３ ３ Ｒ Ｃ接 头 焊
缝 冲击韧性 均值 从 时 效 前 的 １９Ｊｃ 降至 时 效后 的 ０ ／ｍ
试验 温度 的选 择 主 要 基 于 Ｈ ３ Ｒ Ｃ钢 的应 用 环 境 ， 该钢 主要用 在超 超 临界机 组 锅 炉 高温 过热 器 和 高温 再 热器 ， 过热 器 出 口蒸 汽设计 温 度 为 ６ ５ｏ 一 般条 件 下 ０ Ｃ，
管 子有 效壁厚 ， ｍ。 ｍ
实 测数 据代 人 式 中 ， 算 得 到 内压 产 生 的周 向一 计 次 总体 薄膜 应力 （ 工作应 力 ） ：
ＨＲ Ｃ钢接头母 材区和焊缝 区高温加载时效后脆化显著 ， ３ 焊缝 区冲击韧性仅 剩 ２ Ｊ ｅ 断裂几 乎呈完 全脆性 特 ０ｋ／ ｒ ， ａ
征 ， 氏体 组 织 品 界 和 晶 内 均 有 Ｍ： 化 物 沉 淀 相 析 出 ， 其 焊 缝 区 晶 界 析 出 相 呈 链 状 分 布 ， 发 现 不 规 则 的 奥 ， 碳 Ｃ 尤 未 相显著析 出， 建议 锅 炉 金 属 监 督 中 重 点 关 注 接 头 脆 化 现 象 。