T92-HR3C、T92-TP347H異種鋼焊接接頭的高溫組織結構與力學性能的研究.pdf

1、目前，以T92鋼為代表的鐵素體耐熱鋼和以HR3C、TP347H為代表的奧氏體耐熱鋼，作為過熱器、再熱器管道的主要管材，在超臨界及超(超)臨界(USC)火電機組建設中的應用越來越多。這些新型耐熱鋼間的異種鋼焊接已經(jīng)成為影響機組建設質量及運行安全性的關鍵因素。目前，針對T92/HR3C、T92/TP347H異種鋼焊接接頭高溫塑性變形行為及其力學性能的研究還很少，有必要加強相關研究工作。為此，本文針對上述兩種接頭開展高溫拉伸組織結構、高溫力學

2、性能及其塑性變形行為的研究，并開展接頭持久強度預測的研究工作，對于開展USC機組異種鋼焊接接頭的運行狀態(tài)評估具有重要意義。
　　本文采用ERNiCrMo-3和ERNiCr-3兩種鎳基焊絲，鎢極氬弧焊(GTAW)工藝分別實現(xiàn)T92/HR3C和T92/TP347H異種鋼管的焊接。經(jīng)1033K、30min焊后熱處理后，針對兩種接頭開展高溫拉伸及高溫持久試驗，著重研究在高溫拉伸過程中接頭的高溫塑性變形行為、力學性能及斷裂特征；采用應力三軸

3、度理論對焊接接頭的高溫短時拉伸變形及斷裂行為進行討論分析；采用應力再分布理論討論了焊接接頭高溫持久斷裂行為；基于Goldenberg模型，由試驗測得的接頭高溫短時拉伸強度推導預測接頭高溫持久強度的數(shù)學模型。
　　針對T92/HR3C異種鋼焊接接頭，開展773-923 K短時拉伸試驗和898K/190 MPa下的持久試驗。高溫拉伸后，高溫拉伸斷口均位于T92側細晶熱影響區(qū)(FGHAZ)。隨溫度的升高，接頭的斷裂方式由正斷轉變成混合斷

4、(正斷+剪切斷)。由于在高溫拉伸過程中斷口頸縮區(qū)應力重新分布，導致混合斷口不同區(qū)域塑性形變呈不同特征：在正斷區(qū)鄰近斷口區(qū)域的塑性變形方向與斷裂面近似平行，而遠離斷口處的組織變形方向與斷裂面近似垂直；而剪切斷口鄰近區(qū)域的塑性變形方向與斷裂面近似成45°。由此導致混合斷口不同區(qū)域韌窩形狀產(chǎn)生明顯差異，正斷區(qū)為等軸狀，剪切斷區(qū)為拋物線狀。898 K/190 MPa高溫持久斷口位于T92側母材，斷裂方式為正斷，屬于韌窩聚集型韌性斷裂，斷口附近有

5、大量蠕變孔洞，蠕變孔洞從碳化物與基體界面形成、擴展，碳化物顆粒尺寸越大，蠕變孔洞越大。
　　針對T92/TP347H異種鋼焊接接頭，開展848-923 K短時拉伸試驗。高溫拉伸后，接頭斷裂發(fā)生于T92側FGHAZ，隨測試溫度的升高，接頭的斷裂方式由混合斷(正斷+剪切斷)轉變成剪切斷。同樣，由于在高溫拉伸過程中斷口頸縮區(qū)應力重新分布，導致試樣斷裂面附近區(qū)域與遠離斷口區(qū)域塑性變形方向截然不同，同樣也導致不同斷口區(qū)域的韌窩形狀不同。