高钢焊接性分析几个问题

1、 高高Cr-Mo钢焊接性分析钢焊接性分析 几个问题几个问题 Cr-Mo钢焊缝成分设计原则钢焊缝成分设计原则焊缝组织图的应用焊缝组织图的应用Schneider diagram- 适用于适用于Cr-Mo钢焊缝成分设计钢焊缝成分设计T/P91AlTiWNbVMoSiCrCreq5 . 55 . 175. 075. 155 . 12CNCuMnCoNiNieq30253 . 05 . 0铁素体铁素体 对焊缝蠕变强度和冲击韧性的影响对焊缝蠕变强度和冲击韧性的影响碳当量与碳当量与HAZ最高硬度最高硬度及及预热问题预热问题 关于关于CE0.45%、Hvmax350焊接结构钢碳当量及最高硬度规定焊接结构钢碳当

2、量及最高硬度规定（WES 302)AWS钢材冷裂倾向的钢材冷裂倾向的“区域分级区域分级”（一般未必会产生裂纹，除非高氢条件）（临界冷却速度法）（临界冷却速度法）临界冷却速度控制法（临界冷却速度控制法（AWS D1.1)HV350HV400 1556CuNiVMoCrSiMnCCE Cr-Mo钢适用的碳当量钢适用的碳当量CE神钢推荐神钢推荐：=8mmT9T/P9预热温度的确定预热温度的确定(根据加强拘束斜根据加强拘束斜y坡口抗裂试验坡口抗裂试验)cr0600TcEcr不裂不裂裂裂最低预热温度的影响因素最低预热温度的影响因素E-线能量KJ/mm, -板厚mm,HD-扩散氢 cm3/100g (DI

3、N 8572), T0-最低预热温度 （斜Y坡口抗裂试验）33032536235tanh16070035. 00ECETHCETTD402010NiCuCrMoMnCCET多道焊多道焊MGAWSMAWSAW xxxxeeeextanh“碳当量碳当量”不适用于焊缝不适用于焊缝TWM(HT80)TWM(HT60)SAW接头常温性能特征接头常温性能特征焊接方法的影响焊接方法的影响 “软化区软化区”回火脆性回火脆性回火参数回火参数P91焊缝冲击韧性与塑性实测值比较焊缝冲击韧性与塑性实测值比较(P=20.97)68J焊缝冲击韧度与焊缝冲击韧度与PWHTHAZ粗晶区韧性、最高硬度粗晶区韧性、最高硬度 与回

4、火参数的关系（与回火参数的关系（9Cr-1Mo)T9回火脆性回火脆性在在AC1前后回火时钢的性能变化前后回火时钢的性能变化AC1200150250300350400450500PWHT前后接头硬度的变化前后接头硬度的变化- “软化区软化区”的存在的存在25mm厚板多道焊的厚板多道焊的“软化区软化区”E911钢接头钢接头HAZ无明显软化区无明显软化区焊缝中心焊缝中心“令人吃惊令人吃惊”时效脆化问题时效脆化问题高温高压临氢反应器高温高压临氢反应器时效脆化时效脆化破坏实例破坏实例（焊修内横梁托架后局部消应热处理时焊修内横梁托架后局部消应热处理时）时效脆化时效脆化潜伏潜伏筒体内径筒体内径3350mm,

5、长度长度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)时效脆化倾向测定示例时效脆化倾向测定示例9Cr-1Mo与与2.25Cr-1Mo 时效脆化倾向比较时效脆化倾向比较Step cooling 高高Cr-Mo钢焊接接头钢焊接接头 600长时时效脆化倾向长时时效脆化倾向102103104未时效未时效时效时间（时效时间（h）9Cr-1Mo-Nb-VSMAW-HAZ0100200AKV / J3009Cr-2MoPWHT:720-6hPWHT:740-1

6、0h-10h焊接接头蠕变特性焊接接头蠕变特性断裂部位移位现象断裂部位移位现象接头各区蠕变不均匀性接头各区蠕变不均匀性焊缝对焊接接头蠕变断裂的影响焊缝对焊接接头蠕变断裂的影响缺口效应与蠕变断裂强度缺口效应与蠕变断裂强度关于关于型开裂区型开裂区蠕变的意义蠕变的意义 及及高高Cr-Mo钢高蠕变抗力的基础钢高蠕变抗力的基础n蠕变蠕变-工程上指的是在高温和持续载荷作用下金属工程上指的是在高温和持续载荷作用下金属产生随时间而发展的塑性变形。产生随时间而发展的塑性变形。n蠕变机制蠕变机制-应力使位错源启动，形变而引起强化；应力使位错源启动，形变而引起强化；热激活协助位错超越障碍，消除应变强化效果。蠕热激活协

7、助位错超越障碍，消除应变强化效果。蠕变中的强化和软化是一起发生的。位错的运动变中的强化和软化是一起发生的。位错的运动 、受、受阻、解脱的行为就是形变、强化又软化的过程。位阻、解脱的行为就是形变、强化又软化的过程。位错塞积而产生强化，从障碍中解脱出来重新运动而错塞积而产生强化，从障碍中解脱出来重新运动而造成软化和继续变形。高温的作用是提供热激活能，造成软化和继续变形。高温的作用是提供热激活能，促进原子扩散，使位错摆脱障碍进一步变形。促进原子扩散，使位错摆脱障碍进一步变形。n蠕变抗力蠕变抗力-高高Cr-Mo钢的高蠕变抗力全靠马氏体回钢的高蠕变抗力全靠马氏体回火期间形成的火期间形成的“微细均匀的稳定

8、沉淀位错网络效微细均匀的稳定沉淀位错网络效应应”。蠕变强度试样的两类形式和尺寸蠕变强度试样的两类形式和尺寸P91接头蠕变强度及其不均匀性接头蠕变强度及其不均匀性焊缝代号：焊缝代号：母材母材最低值最低值焊缝蠕变断裂强度与瞬时高温强度焊缝蠕变断裂强度与瞬时高温强度b/MPa h蠕变断裂强度与常温强度蠕变断裂强度与常温强度在室温下的高抗拉强度在室温下的高抗拉强度并不能保证有较高的持久强度并不能保证有较高的持久强度焊缝蠕变强度与焊缝韧性焊缝蠕变强度与焊缝韧性TS=650蠕变断裂强度、蠕变断裂强度、焊接接头蠕变强度、断裂部位焊接接头蠕变强度、断裂部位 与焊条性能的关系与焊条性能的关系130ABCDCM-

9、9Cb( chromet 9MV-N )MPa600焊条焊条高高Cr-Mo钢钢HAZ 及及“弱化区弱化区”的存在部位的存在部位TG-晶粒粗化临界温度晶粒粗化临界温度Tt-回火温度回火温度n焊缝成分与母材一致或相近的接头焊缝成分与母材一致或相近的接头，高温、长时、高温、长时、低应力条件下，低应力条件下，蠕变断裂部位多在蠕变断裂部位多在HAZ。这种开裂。这种开裂现象称为现象称为“型开裂型开裂”（ type cracking ). n “型开裂区型开裂区”位于位于 HAZ“非回火区非回火区” 或或“部分奥部分奥氏体化区氏体化区”或或“弱化临界区弱化临界区” 1；或；或“AC3附近的附近的细晶区细晶区

10、”或或“AC1AC3区域区域 ”2。 早期认为与早期认为与“软化区软化区”一致。一致。1 电站及锅炉用新钢种焊接论文集电站及锅炉用新钢种焊接论文集 p.158； P.257； P278；2 焊接技术资料选编焊接技术资料选编 P.198；P.148高高Cr-Mo钢接头蠕变断裂部位：钢接头蠕变断裂部位：高高Cr铁素体钢铁素体钢 AC1AC3部分奥氏体化区的特征部分奥氏体化区的特征n部分相变区首先表现为部分相变区首先表现为未完成奥氏体化的过程，碳未完成奥氏体化的过程，碳化物未能充分溶解化物未能充分溶解。这种未饱和的奥氏体分解产物。这种未饱和的奥氏体分解产物回火后为回火后为“回火新生低碳马氏体回火新生

11、低碳马氏体”。n部分相变的混晶组织，晶粒大小不均匀，部分相变的混晶组织，晶粒大小不均匀，“新生马新生马氏体氏体”板条上存在密集的位错，位错攀移形成亚晶板条上存在密集的位错，位错攀移形成亚晶界。界。n高温时效可见：高温时效可见：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； 位错迁移和位错密度降低；位错迁移和位错密度降低； 亚结构亚结构普遍粗化；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。高温时效不断损伤高温时效不断损伤“位错网络效应位错网络效应”的基础的基础 ，降低蠕变抗力，是降低蠕变抗力，是“型开裂型开裂”的重要条件之一的重要条

12、件之一。n注：注：Laves=AB2，A-W、Mo、Nb; B-Cr、Ni、Fe、Co蠕变过程中蠕变过程中Laves相析出相析出 及其及其W含量的变化含量的变化Laves相析出时间在相析出时间在蠕变断裂试验开始后蠕变断裂试验开始后100h1000h之间之间-WHAZ有软化区但无蠕变强度弱化区有软化区但无蠕变强度弱化区 （接头断裂于母材，强度值全在母材数据带内）（接头断裂于母材，强度值全在母材数据带内） 典型蠕变曲线典型蠕变曲线（与材料有关）nSAdtdnSAdtdJJ单轴式试验与内压式试验对比单轴式试验与内压式试验对比母材母材接头接头均断于母材，均断于母材，未见未见型开裂型开裂焊接接头断裂强度

13、焊接接头断裂强度- 大小试样的实验结果对比大小试样的实验结果对比1-实际焊接接头试样实际焊接接头试样（保有焊趾）（保有焊趾）2-从接头中切取的光从接头中切取的光滑小圆棒试样滑小圆棒试样T=400断裂部位：断裂部位：实际接头实际接头-在焊趾处在焊趾处发生，沿粗晶区扩展发生，沿粗晶区扩展（有缺口效应）。削除（有缺口效应）。削除余高，断裂位置不变，余高，断裂位置不变，蠕变强度提高。蠕变强度提高。小型试样小型试样 -在在HAZ细细晶区（无缺口效应）。晶区（无缺口效应）。(7)削除削除余高余高未经未经PWHT(核能容器）关于塑性拘束强化关于塑性拘束强化n“硬夹软硬夹软”接头接头rJbkbr- “软质区软质区”