T92-HR3C、T92-TP347H異種鋼焊接接頭的高溫組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)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(jī)組建設(shè)中的應(yīng)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(jī)組建設(shè)質(zhì)量及運(yùn)行安全性的關(guān)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(xué)性能的研究還很少，有必要加強(qiáng)相關(guān)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(jié)構(gòu)、高溫力學(xué)

2、性能及其塑性變形行為的研究，并開展接頭持久強(qiáng)度預(yù)測的研究工作，對于開展USC機(jī)組異種鋼焊接接頭的運(yùn)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(shí)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(yàn)，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(xué)性能及斷裂特征；采用應(yīng)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(jìn)行討論分析；采用應(yīng)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(yàn)測得的接頭高溫短時拉伸強(qiáng)度推導(dǎo)預(yù)測接頭高溫持久強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模型。
　　針對T92/HR3C異種鋼焊接接頭，開展773-923 K短時拉伸試驗(yàn)和898K/190 MPa下的持久試驗(yàn)。高溫拉伸后，高溫拉伸斷口均位于T92側(cè)細(xì)晶熱影響區(qū)(FGHAZ)。隨溫度的升高，接頭的斷裂方式由正斷轉(zhuǎn)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(yīng)力重新分布，導(dǎo)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(yuǎn)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(dǎo)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(cè)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(kuò)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(yàn)。高溫拉伸后，接頭斷裂發(fā)生于T92側(cè)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(zhuǎn)變成剪切斷。同樣，由于在高溫拉伸過程中斷口頸縮區(qū)應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致試樣斷裂面附近區(qū)域與遠(yuǎn)離斷口區(qū)域塑性變形方向截然不同，同樣也導(dǎo)致不同斷口區(qū)域的韌窩形狀不同。