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镍基1Cr5Mo合金管异种钢焊接接头具有良好的抗高温断裂性能

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镍基1Cr5Mo合金管异种钢焊接接头具有良好的抗高温断裂性能
 
在我国石油化工、化工、发电等过程工业中,异种合金钢管焊接接头在高温环境下使用十分广泛。使用经验表明A302焊接的1Cr5Mo合金管异种钢焊接接头由于母材和焊材之间碳化物形成元素(如Cr,Mo等)含量相差较大,在服役过程中出现碳迁移,易在焊缝侧形成增碳层,母材侧热影响区中出现脱碳层。由于脱碳层的低硬度,导致其高温力学性能的下降,在服役中出现早期失效,影响高温装置长周期安全可靠地运行。 为了改善1Cr5Mo合金管异种钢焊接接头高温服役性能,本文在国家自然科学基金《含裂纹不均质界面材料的高温断裂理论的研究》(项目编号10172046)的资助下,从微观组织和力学性能方面,研究了镍基Incone182焊接的1Cr5Mo合金管异种钢焊接接头的高温性能,并与A302焊接的1Cr5Mo合金管异种钢焊接接头进行比较,为镍基Cr5Mo异种钢焊接接头在高温下长时安全服役提供科学依据。 本文通过时效方法,结合微观组织和扫描电镜(SEM)分析以及微观硬度测量,研究了A302和Incone182焊接的1Cr5Mo合金管异种钢焊接接头的碳迁移问题。研究表明A302/Cr5Mo异种钢焊接经过时效处理发生明显的碳迁移,熔合线附近出现增碳层和脱碳层,而Incone182/Cr5Mo异种钢焊接接头基本上没有碳迁移发生,表明Ni元素能提高碳原子的活性,降低碳化物的稳定性,有效抑制碳迁移的发生。 本文采用长时高温局部变形测量方法,首次对异种钢焊接接头焊缝附近局部区域的蠕变变形进行测量,研究了熔合线附近的蠕变行为。对于A302/Cr5Mo异种钢焊接接头,由于碳迁移形成的脱碳层部位具有较高的蠕变应变速率,抗高温蠕变断裂性能降低,成为高温断裂的薄弱部位。对于Incone182/1Cr5Mo合金管异种钢焊接接头,由于有效地抑制碳迁移的发生,熔合线附近没有出现较高的蠕变应变速率,不易于在熔合线附近发生高温断裂。 从高温强度试验结果可知,Incone182/Cr5Mo和A302/Cr5Mo异种钢焊接接头的高温短时拉伸强度基本相同,用镍基焊条焊接的1Cr5Mo合金管异种钢焊接接头高温抗拉强度满足要求。在低应力的持久试验中,A302/Cr5Mo和Incone182/Cr5Mo异种钢焊接接头的断裂时间有明显差异,前者蠕变断裂在熔合线的脱碳层部位,后者则断在母材部位。奥氏体不锈钢焊接的Cr5Mo异种钢接头的蠕变寿命仅为镍基焊条焊接的Cr5Mo异种钢焊接接头的40~50%。综合而言,碳迁移降低了异种钢焊接接头的高温蠕 摘要 变强度,镍基1Cr5Mo合金管异种钢焊接接头具有良好的抗高温断裂性能。


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