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

1、目前,國(guó)內(nèi)外石油化工裝置中的高溫工藝管線(xiàn)及電站的鍋爐蒸汽管道大量使用著Cr-Mo類(lèi)珠光體耐熱鋼,這些工藝管線(xiàn)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(guò)程中在焊接接頭熔合線(xiàn)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(qiáng)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(yùn)行的Cr-Mo工藝管線(xiàn)和管道最薄弱的部位,造成構(gòu)件和管

2、線(xiàn)提前失效,由此造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響.為攻克這類(lèi)焊接接頭失效難題,大連理工大學(xué)焊接材料研究室申報(bào)并獲準(zhǔn)承擔(dān)了國(guó)家"九五"重點(diǎn)科技攻關(guān)"低鉻奧氏體焊接材料應(yīng)用與開(kāi)發(fā)"項(xiàng)目,并于2000年成功研制和開(kāi)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(wèn)題,并投入商業(yè)生產(chǎn).從前期研究情況來(lái)看,該焊接材料的異質(zhì)焊接接頭在高溫服役過(guò)程中的

3、組織結(jié)構(gòu)變化、碳及合金元素的擴(kuò)散行為及有關(guān)機(jī)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(shí)效處理后,對(duì)異質(zhì)接頭在時(shí)效過(guò)程中的組織結(jié)構(gòu)變化及碳和合金元素?cái)U(kuò)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(shí)效初期有一定寬度的增碳層出現(xiàn),隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)逐漸變寬,隨時(shí)效時(shí)間進(jìn)一

4、步延長(zhǎng)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(shí)效時(shí)間的變化規(guī)律與傳統(tǒng)的A302/1Cr5Mo異質(zhì)接頭在時(shí)效過(guò)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(shí)效過(guò)程初期C從母材一側(cè)越過(guò)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(lèi)型M23C.型碳化物,而M3C型碳化物在高溫下不穩(wěn)定,長(zhǎng)期時(shí)效以后

5、會(huì)發(fā)生分解.(3)0Cr6Mn13Ni10MoTi/1Cr5Mo異質(zhì)接頭時(shí)效初期形成的M3C長(zhǎng)期時(shí)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(kuò)散,而Mn、Ni是通過(guò)偏聚、回溶機(jī)制在焊縫擴(kuò)散,這是與A302/1Cr5Mo異質(zhì)接頭不同的擴(kuò)散機(jī)制.(4)初步建立了0Cr6Mn13Ni10MoTi/1Cr5Mo異質(zhì)接頭的碳擴(kuò)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(shí)效過(guò)程中碳的擴(kuò)散行