0Cr6Mn13Ni10MoTi-1Cr5Mo異質(zhì)接頭時效時組織結(jié)構(gòu)變化及碳擴散行為.pdf

1、目前,國內(nèi)外石油化工裝置中的高溫工藝管線及電站的鍋爐蒸汽管道大量使用著Cr-Mo類珠光體耐熱鋼,這些工藝管線或管道大都采用奧氏體不銹鋼焊條或焊絲焊接連接,高溫服役過程中在焊接接頭熔合線兩側(cè)分別出現(xiàn)貧碳帶(母材一側(cè))和增碳帶(焊縫一側(cè)),貧碳帶高溫強度下降,而增碳帶硬度增高韌性下降或出現(xiàn)低溫脆性.另外,由于母材與焊縫熱膨脹系數(shù)不匹配引起的熱應(yīng)力使得異質(zhì)接頭成為高溫(400-550℃)運行的Cr-Mo工藝管線和管道最薄弱的部位,造成構(gòu)件和管

2、線提前失效,由此造成了巨大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響.為攻克這類焊接接頭失效難題,大連理工大學(xué)焊接材料研究室申報并獲準(zhǔn)承擔(dān)了國家"九五"重點科技攻關(guān)"低鉻奧氏體焊接材料應(yīng)用與開發(fā)"項目,并于2000年成功研制和開發(fā)了一種代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的奧氏體不銹鋼新型焊接材料:0Cr6Mn13Ni10MoTi.該焊接材料基本解決了以往用不銹鋼焊接的Cr-Mo鋼焊接接頭失效問題,并投入商業(yè)生產(chǎn).從前期研究情況來看,該焊接材料的異質(zhì)焊接接頭在高溫服役過程中的

3、組織結(jié)構(gòu)變化、碳及合金元素的擴散行為及有關(guān)機制仍需深入分析及研究.該論文選擇石油化工裝置常用的1 Cr5Mo為母材,以研制成功的0Cr6Mn13Ni10MoTi焊絲為焊接材料制備了異質(zhì)焊接接頭,經(jīng)不同條件時效處理后,對異質(zhì)接頭在時效過程中的組織結(jié)構(gòu)變化及碳和合金元素擴散行為進(jìn)行分析研究,研究結(jié)果表明:(1)0Cr6Mn13Ni10MoTi/1Cr5Mo異質(zhì)接頭熔合區(qū)在時效初期有一定寬度的增碳層出現(xiàn),隨時效時間延長逐漸變寬,隨時效時間進(jìn)一

4、步延長增碳層達(dá)到最大值之后又逐漸變窄并最后趨于消失.這一增碳層隨時效時間的變化規(guī)律與傳統(tǒng)的A302/1Cr5Mo異質(zhì)接頭在時效過程中的變化規(guī)律完全不同.(2)經(jīng)透射電鏡分析,0Cr6Mn13Ni10MoTi/1Cr5Mo異質(zhì)接頭時效過程初期C從母材一側(cè)越過熔合界面與靠近熔合界面的焊縫中的碳化物形成元素Cr形成M3C型碳化物,這不同于A302/1Cr5Mo異質(zhì)接頭的碳化物類型M23C.型碳化物,而M3C型碳化物在高溫下不穩(wěn)定,長期時效以后

5、會發(fā)生分解.(3)0Cr6Mn13Ni10MoTi/1Cr5Mo異質(zhì)接頭時效初期形成的M3C長期時效以后發(fā)生分解,分解出的C、Cr向遠(yuǎn)離熔合界面的焊縫中擴散,而Mn、Ni是通過偏聚、回溶機制在焊縫擴散,這是與A302/1Cr5Mo異質(zhì)接頭不同的擴散機制.(4)初步建立了0Cr6Mn13Ni10MoTi/1Cr5Mo異質(zhì)接頭的碳擴散方程.該方程基本可以描述所研制的0Cr6Mn13Ni10MoTi新型焊接材料的異質(zhì)接頭在時效過程中碳的擴散行