A508-309L異種鋼焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂研究.pdf

1、核電站反應(yīng)堆設(shè)備大量采用低合金鋼與奧氏體不銹鋼通過不銹鋼堆焊層焊接的異種鋼接頭，接頭主要使用在連接反應(yīng)堆壓力容器與不銹鋼管道處，在高溫環(huán)境下使用（200-300℃），接頭的界面處包含復(fù)雜且具有顯著變化的化學(xué)組織，加之設(shè)備運(yùn)行的工作應(yīng)力及由于界面處兩種金屬的熱導(dǎo)率和延伸率的差別引起的熱膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力，國內(nèi)外很多報道都表明了接頭的失效類型主要為應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）。 本文通過兩個方面研究了異種鋼焊接接頭在高溫水中的性能及斷裂行為

2、。第一部分為運(yùn)用ANSYS有限元軟件對焊接接頭在設(shè)備典型運(yùn)行工況下的應(yīng)力狀態(tài)分析，確定容易失效的危險界面，并預(yù)測裂紋萌生的位置；第二部分為應(yīng)力腐蝕開裂實驗，考慮溫度與氯離子含量兩種因素通過SSRT（慢應(yīng)變速率實驗）確定對焊接接頭應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的影響因素的規(guī)律。最后，通過應(yīng)力狀態(tài)計算結(jié)果與應(yīng)力腐蝕開裂實驗的結(jié)果總結(jié)出異種鋼焊接接頭在高溫水中的斷裂規(guī)律。通過研究發(fā)現(xiàn)，低合金鋼與不銹鋼焊接接頭的有限元分析表明，在設(shè)備運(yùn)行時各工況下的溫度場

3、類似，有著相同的分布規(guī)律。 研究表明：根據(jù)有限元分析結(jié)果，由于兩種材料熱物理性質(zhì)的差異，低合金鋼A508與不銹鋼焊縫309L界面處在設(shè)備運(yùn)行各工況下容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，是危險部位，容易失效；通過慢應(yīng)變速率實驗（SSRT）對低合金鋼與不銹鋼焊接接頭在模擬設(shè)備運(yùn)行環(huán)境下的實驗結(jié)果表明，低合金鋼和不銹鋼焊接接頭的焊縫融合區(qū)靠近低合金鋼側(cè)組織對應(yīng)力腐蝕開裂比較敏感，試樣均在融合區(qū)靠低合金鋼側(cè)斷裂，且斷裂機(jī)制屬于沿晶應(yīng)力腐蝕開裂；在除氧的高

4、溫水溶液中，當(dāng)溫度低于250℃時，斷裂機(jī)理以韌性斷裂為主，斷口以韌窩形貌為主，但隨著氯離子濃度增加，斷口脆性區(qū)也會有所增加；當(dāng)實驗溫度高于250℃時，低合金鋼與不銹鋼焊接接頭隨著溶液中氯離子濃度的增加，應(yīng)力腐蝕開裂敏感性明顯加強(qiáng)，當(dāng)氯離子濃度達(dá)到100ppm時，試樣發(fā)生明顯的沿晶應(yīng)力腐蝕開裂，說明氯離子濃度可以增加焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性；通過對實驗結(jié)果綜合對比表明焊接接頭在溫度低于250℃，氯離子濃度小于10ppm時，斷口主要以韌