1、 高高Cr-Mo鋼焊接性分析鋼焊接性分析 幾個(gè)問題幾個(gè)問題 Cr-Mo鋼焊縫成分設(shè)計(jì)原則鋼焊縫成分設(shè)計(jì)原則焊縫組織圖的應(yīng)用焊縫組織圖的應(yīng)用Schneider diagram- 適用于適用于Cr-Mo鋼焊縫成分設(shè)計(jì)鋼焊縫成分設(shè)計(jì)T/P91AlTiWNbVMoSiCrCreq5 . 55 . 175. 075. 155 . 12CNCuMnCoNiNieq30253 . 05 . 0鐵素體鐵素體 對(duì)焊縫蠕變強(qiáng)度和沖擊韌性的影響對(duì)焊縫蠕變強(qiáng)度和沖擊韌性的影響碳當(dāng)量與碳當(dāng)量與HAZ最高硬度最高硬度及及預(yù)熱問題預(yù)熱問題 關(guān)于關(guān)于CE0.45%、Hvmax350焊接結(jié)構(gòu)鋼碳當(dāng)量及最高硬度規(guī)定焊接結(jié)構(gòu)鋼碳當(dāng)

2、量及最高硬度規(guī)定（WES 302)AWS鋼材冷裂傾向的鋼材冷裂傾向的“區(qū)域分級(jí)區(qū)域分級(jí)”（一般未必會(huì)產(chǎn)生裂紋，除非高氫條件）（臨界冷卻速度法）（臨界冷卻速度法）臨界冷卻速度控制法（臨界冷卻速度控制法（AWS D1.1)HV350HV400 1556CuNiVMoCrSiMnCCE Cr-Mo鋼適用的碳當(dāng)量鋼適用的碳當(dāng)量CE神鋼推薦神鋼推薦：=8mmT9T/P9預(yù)熱溫度的確定預(yù)熱溫度的確定(根據(jù)加強(qiáng)拘束斜根據(jù)加強(qiáng)拘束斜y坡口抗裂試驗(yàn)坡口抗裂試驗(yàn))cr0600TcEcr不裂不裂裂裂最低預(yù)熱溫度的影響因素最低預(yù)熱溫度的影響因素E-線能量KJ/mm, -板厚mm,HD-擴(kuò)散氫 cm3/100g (DI

3、N 8572), T0-最低預(yù)熱溫度 （斜Y坡口抗裂試驗(yàn)）33032536235tanh16070035. 00ECETHCETTD402010NiCuCrMoMnCCET多道焊多道焊MGAWSMAWSAW xxxxeeeextanh“碳當(dāng)量碳當(dāng)量”不適用于焊縫不適用于焊縫TWM(HT80)TWM(HT60)SAW接頭常溫性能特征接頭常溫性能特征焊接方法的影響焊接方法的影響 “軟化區(qū)軟化區(qū)”回火脆性回火脆性回火參數(shù)回火參數(shù)P91焊縫沖擊韌性與塑性實(shí)測(cè)值比較焊縫沖擊韌性與塑性實(shí)測(cè)值比較(P=20.97)68J焊縫沖擊韌度與焊縫沖擊韌度與PWHTHAZ粗晶區(qū)韌性、最高硬度粗晶區(qū)韌性、最高硬度 與回

4、火參數(shù)的關(guān)系（與回火參數(shù)的關(guān)系（9Cr-1Mo)T9回火脆性回火脆性在在AC1前后回火時(shí)鋼的性能變化前后回火時(shí)鋼的性能變化AC1200150250300350400450500PWHT前后接頭硬度的變化前后接頭硬度的變化- “軟化區(qū)軟化區(qū)”的存在的存在25mm厚板多道焊的厚板多道焊的“軟化區(qū)軟化區(qū)”E911鋼接頭鋼接頭HAZ無明顯軟化區(qū)無明顯軟化區(qū)焊縫中心焊縫中心“令人吃驚令人吃驚”時(shí)效脆化問題時(shí)效脆化問題高溫高壓臨氫反應(yīng)器高溫高壓臨氫反應(yīng)器時(shí)效脆化時(shí)效脆化破壞實(shí)例破壞實(shí)例（焊修內(nèi)橫梁托架后局部消應(yīng)熱處理時(shí)焊修內(nèi)橫梁托架后局部消應(yīng)熱處理時(shí)）時(shí)效脆化時(shí)效脆化潛伏潛伏筒體內(nèi)徑筒體內(nèi)徑3350mm,

5、長(zhǎng)度長(zhǎng)度14100mm,壁厚壁厚193mmT=427 )2KIC / N.mm -3/2N.mm-2t=3年年Step cooling (0.002%)15ppm(0.0015%)25 20 15(SC)時(shí)效脆化傾向測(cè)定示例時(shí)效脆化傾向測(cè)定示例9Cr-1Mo與與2.25Cr-1Mo 時(shí)效脆化傾向比較時(shí)效脆化傾向比較Step cooling 高高Cr-Mo鋼焊接接頭鋼焊接接頭 600長(zhǎng)時(shí)時(shí)效脆化傾向長(zhǎng)時(shí)時(shí)效脆化傾向102103104未時(shí)效未時(shí)效時(shí)效時(shí)間（時(shí)效時(shí)間（h）9Cr-1Mo-Nb-VSMAW-HAZ0100200AKV / J3009Cr-2MoPWHT:720-6hPWHT:740-1

6、0h-10h焊接接頭蠕變特性焊接接頭蠕變特性斷裂部位移位現(xiàn)象斷裂部位移位現(xiàn)象接頭各區(qū)蠕變不均勻性接頭各區(qū)蠕變不均勻性焊縫對(duì)焊接接頭蠕變斷裂的影響焊縫對(duì)焊接接頭蠕變斷裂的影響缺口效應(yīng)與蠕變斷裂強(qiáng)度缺口效應(yīng)與蠕變斷裂強(qiáng)度關(guān)于關(guān)于型開裂區(qū)型開裂區(qū)蠕變的意義蠕變的意義 及及高高Cr-Mo鋼高蠕變抗力的基礎(chǔ)鋼高蠕變抗力的基礎(chǔ)n蠕變?nèi)渥?工程上指的是在高溫和持續(xù)載荷作用下金屬工程上指的是在高溫和持續(xù)載荷作用下金屬產(chǎn)生隨時(shí)間而發(fā)展的塑性變形。產(chǎn)生隨時(shí)間而發(fā)展的塑性變形。n蠕變機(jī)制蠕變機(jī)制-應(yīng)力使位錯(cuò)源啟動(dòng)，形變而引起強(qiáng)化；應(yīng)力使位錯(cuò)源啟動(dòng)，形變而引起強(qiáng)化；熱激活協(xié)助位錯(cuò)超越障礙，消除應(yīng)變強(qiáng)化效果。蠕熱激活協(xié)

7、助位錯(cuò)超越障礙，消除應(yīng)變強(qiáng)化效果。蠕變中的強(qiáng)化和軟化是一起發(fā)生的。位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)變中的強(qiáng)化和軟化是一起發(fā)生的。位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 、受、受阻、解脫的行為就是形變、強(qiáng)化又軟化的過程。位阻、解脫的行為就是形變、強(qiáng)化又軟化的過程。位錯(cuò)塞積而產(chǎn)生強(qiáng)化，從障礙中解脫出來重新運(yùn)動(dòng)而錯(cuò)塞積而產(chǎn)生強(qiáng)化，從障礙中解脫出來重新運(yùn)動(dòng)而造成軟化和繼續(xù)變形。高溫的作用是提供熱激活能，造成軟化和繼續(xù)變形。高溫的作用是提供熱激活能，促進(jìn)原子擴(kuò)散，使位錯(cuò)擺脫障礙進(jìn)一步變形。促進(jìn)原子擴(kuò)散，使位錯(cuò)擺脫障礙進(jìn)一步變形。n蠕變抗力蠕變抗力-高高Cr-Mo鋼的高蠕變抗力全靠馬氏體回鋼的高蠕變抗力全靠馬氏體回火期間形成的火期間形成的“微細(xì)均勻的穩(wěn)定

8、沉淀位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)效微細(xì)均勻的穩(wěn)定沉淀位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)應(yīng)”。蠕變強(qiáng)度試樣的兩類形式和尺寸蠕變強(qiáng)度試樣的兩類形式和尺寸P91接頭蠕變強(qiáng)度及其不均勻性接頭蠕變強(qiáng)度及其不均勻性焊縫代號(hào)：焊縫代號(hào)：母材母材最低值最低值焊縫蠕變斷裂強(qiáng)度與瞬時(shí)高溫強(qiáng)度焊縫蠕變斷裂強(qiáng)度與瞬時(shí)高溫強(qiáng)度b/MPa h蠕變斷裂強(qiáng)度與常溫強(qiáng)度蠕變斷裂強(qiáng)度與常溫強(qiáng)度在室溫下的高抗拉強(qiáng)度在室溫下的高抗拉強(qiáng)度并不能保證有較高的持久強(qiáng)度并不能保證有較高的持久強(qiáng)度焊縫蠕變強(qiáng)度與焊縫韌性焊縫蠕變強(qiáng)度與焊縫韌性TS=650蠕變斷裂強(qiáng)度、蠕變斷裂強(qiáng)度、焊接接頭蠕變強(qiáng)度、斷裂部位焊接接頭蠕變強(qiáng)度、斷裂部位 與焊條性能的關(guān)系與焊條性能的關(guān)系130ABCDCM-

9、9Cb( chromet 9MV-N )MPa600焊條焊條高高Cr-Mo鋼鋼HAZ 及及“弱化區(qū)弱化區(qū)”的存在部位的存在部位TG-晶粒粗化臨界溫度晶粒粗化臨界溫度Tt-回火溫度回火溫度n焊縫成分與母材一致或相近的接頭焊縫成分與母材一致或相近的接頭，高溫、長(zhǎng)時(shí)、高溫、長(zhǎng)時(shí)、低應(yīng)力條件下，低應(yīng)力條件下，蠕變斷裂部位多在蠕變斷裂部位多在HAZ。這種開裂。這種開裂現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為“型開裂型開裂”（ type cracking ). n “型開裂區(qū)型開裂區(qū)”位于位于 HAZ“非回火區(qū)非回火區(qū)” 或或“部分奧部分奧氏體化區(qū)氏體化區(qū)”或或“弱化臨界區(qū)弱化臨界區(qū)” 1；或；或“AC3附近的附近的細(xì)晶區(qū)細(xì)晶區(qū)

10、”或或“AC1AC3區(qū)域區(qū)域 ”2。 早期認(rèn)為與早期認(rèn)為與“軟化區(qū)軟化區(qū)”一致。一致。1 電站及鍋爐用新鋼種焊接論文集電站及鍋爐用新鋼種焊接論文集 p.158； P.257； P278；2 焊接技術(shù)資料選編焊接技術(shù)資料選編 P.198；P.148高高Cr-Mo鋼接頭蠕變斷裂部位：鋼接頭蠕變斷裂部位：高高Cr鐵素體鋼鐵素體鋼 AC1AC3部分奧氏體化區(qū)的特征部分奧氏體化區(qū)的特征n部分相變區(qū)首先表現(xiàn)為部分相變區(qū)首先表現(xiàn)為未完成奧氏體化的過程，碳未完成奧氏體化的過程，碳化物未能充分溶解化物未能充分溶解。這種未飽和的奧氏體分解產(chǎn)物。這種未飽和的奧氏體分解產(chǎn)物回火后為回火后為“回火新生低碳馬氏體回火新生

11、低碳馬氏體”。n部分相變的混晶組織，晶粒大小不均勻，部分相變的混晶組織，晶粒大小不均勻，“新生馬新生馬氏體氏體”板條上存在密集的位錯(cuò)，位錯(cuò)攀移形成亞晶板條上存在密集的位錯(cuò)，位錯(cuò)攀移形成亞晶界。界。n高溫時(shí)效可見：高溫時(shí)效可見：合金元素偏聚；合金元素偏聚；碳化物粗化而碳化物粗化而形成空洞；形成空洞； 位錯(cuò)遷移和位錯(cuò)密度降低；位錯(cuò)遷移和位錯(cuò)密度降低； 亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)普遍粗化；普遍粗化；沉淀相（如沉淀相（如VN）球化；）球化； Laves相沉相沉淀等。淀等。高溫時(shí)效不斷損傷高溫時(shí)效不斷損傷“位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”的基礎(chǔ)的基礎(chǔ) ，降低蠕變抗力，是降低蠕變抗力，是“型開裂型開裂”的重要條件之一的重要條

12、件之一。n注：注：Laves=AB2，A-W、Mo、Nb; B-Cr、Ni、Fe、Co蠕變過程中蠕變過程中Laves相析出相析出 及其及其W含量的變化含量的變化Laves相析出時(shí)間在相析出時(shí)間在蠕變斷裂試驗(yàn)開始后蠕變斷裂試驗(yàn)開始后100h1000h之間之間-WHAZ有軟化區(qū)但無蠕變強(qiáng)度弱化區(qū)有軟化區(qū)但無蠕變強(qiáng)度弱化區(qū) （接頭斷裂于母材，強(qiáng)度值全在母材數(shù)據(jù)帶內(nèi)）（接頭斷裂于母材，強(qiáng)度值全在母材數(shù)據(jù)帶內(nèi)） 典型蠕變曲線典型蠕變曲線（與材料有關(guān)）nSAdtdnSAdtdJJ單軸式試驗(yàn)與內(nèi)壓式試驗(yàn)對(duì)比單軸式試驗(yàn)與內(nèi)壓式試驗(yàn)對(duì)比母材母材接頭接頭均斷于母材，均斷于母材，未見未見型開裂型開裂焊接接頭斷裂強(qiáng)度

13、焊接接頭斷裂強(qiáng)度- 大小試樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比大小試樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比1-實(shí)際焊接接頭試樣實(shí)際焊接接頭試樣（保有焊趾）（保有焊趾）2-從接頭中切取的光從接頭中切取的光滑小圓棒試樣滑小圓棒試樣T=400斷裂部位：斷裂部位：實(shí)際接頭實(shí)際接頭-在焊趾處在焊趾處發(fā)生，沿粗晶區(qū)擴(kuò)展發(fā)生，沿粗晶區(qū)擴(kuò)展（有缺口效應(yīng)）。削除（有缺口效應(yīng)）。削除余高，斷裂位置不變，余高，斷裂位置不變，蠕變強(qiáng)度提高。蠕變強(qiáng)度提高。小型試樣小型試樣 -在在HAZ細(xì)細(xì)晶區(qū)（無缺口效應(yīng)）。晶區(qū)（無缺口效應(yīng)）。(7)削除削除余高余高未經(jīng)未經(jīng)PWHT(核能容器）關(guān)于塑性拘束強(qiáng)化關(guān)于塑性拘束強(qiáng)化n“硬夾軟硬夾軟”接頭接頭rJbkbr- “軟質(zhì)區(qū)軟質(zhì)區(qū)”