hr3c与t91钢焊接工艺及接头组织与性能毕业论文(编辑修改稿)

hr3c与t91钢焊接工艺及接头组织与性能毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

发展和使用上都有了很大的依赖，所以在今后的发展中，耐热钢的作用将会越来越大。 内蒙古工业大学本科毕业论文 6 我们国家使用耐热钢的时间是在 20 世纪 70 年代出，可以算是使用耐热钢比较早的一个国家，主要是用于大型的火力发电厂以及大型的压力容器中。 我们国家使用的是 9%～ 12%Cr 的高铬马氏体耐热钢，这种钢有很好的蠕变断裂强度和耐蚀性以及高温氧化性 [11]。 我们国家初期使用的是比较简单的马氏体耐热钢，但是在长期的高温服役过程中，这种马氏体耐热钢的高温强度难以满足设备的要求。 在后来人们的不断探索中终于成功的研发出了具有优良的高温强度、抗高温 氧化性能的马氏体耐热钢，主要技术就是在现有的钢中加入所需要的合金元素，通过弥散强化使马氏体耐热钢满足现有设备各方面的要求。 以往用于大型的发电厂或者大型的压力容器中的钢材综合性能方面达不到设备的要求，在使用的过程中经常会出现故障，尤其是发电厂以及大型的压力容器对于温度的要求都比较高，而传统的钢材在实际应用中温度都比较低，不但限制了大型设备的使用范围，同时也增加了大型设备的造价，由于钢材的耐高温性不强，所以设备的重量往往会很高，这样往往会给设备在使用的过程中带来不可避免的危害。 因而传统的钢材在设备的应用中慢慢 的已经淘汰了。 同时研究人员也在不断的研究新的钢材来代替传统的钢材来满足设备的要求。 马氏体耐热钢的产生解决了研究人员一直困扰的问题，这种钢材在实际的应用中证明了其综合性能比传统用钢要好的多，马氏体耐热钢在使用温度上大大的降低了，这样就会减轻设备的重量和用量，设备在使用过程中也会很安全的运行，降低了各种风险，增加了安全系数。 而随着社会的不断进步，科技的不断发展，超临界的出现又对设备的使用提出了新的要求，主要还是使用的温度达不到设备的要求，科研人员又经过努力发现了在上面的马氏体耐热钢中加入一些合金元素会使马氏体耐 热钢在耐高温方面达到设备的要求。 目前为止我们国家以及世界上的许多国家都在使用马氏体耐热钢，主要是用于超临界组中过热器和再热器中以及大型的压力设备中。 马氏体耐热钢的种类和应用 耐热钢基本都有很好的高温强度和塑性以及较好的高温化学稳定性。 耐热钢的分类通常是根据其工作的环境分为热强钢和热稳定性钢。 而根据它的显微组织又可以将耐热钢分为珠光体耐热钢、铁素体耐热钢、奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢 [12]。 马氏体耐热钢因其的较多的铬而被人们称为铬钢。 还有其他的合金元素，比如钨、钼、钒等等，这些元素的加入主要是为 了提高马氏体耐热钢的高温强度。 因为马氏体耐热钢具有较好的、全面的性能，常常被应用于重要的行业中，像石油、化工、机械方面应该是使用最多的。 马氏体耐热钢得名于它在显微镜观察下内蒙古工业大学本科毕业论文 7 的组织为马氏体组织，马氏体耐热钢的种类比较简单，主要是三种即：普通型马氏体耐热钢、改良型马氏体耐热钢、新型的马氏体耐热钢。 三种类别钢的各种性能相差不多，但是还是会有些许的差别，这要看服役的环境以及其他必要的条件。 各个国家对于马氏体耐热钢的使用情况也略有区别，就像日本和德国比较常用改良型的，而我们国家最常用的应该是新型的马氏体耐热钢，因为我 国马氏体耐热钢使用的工作温度较其他国家的略微高点。 如我国新研制的 SAVE1 ZG1Cr10MoWVNbN、 TOS30 TOS30 TR1150、 NF61 NF12 等 [13]。 新型马氏体耐热钢的特性与应用 在上个世纪的 70 年代人们研发出来了马氏体耐热钢并在实际的生产生活中得到了广泛的应用。 在那个期间我们国家的压力容器设备正在快速发展，所以对材料的要求也在不断加强，在此情况之下人们开始不断的研究新的材料来满足现在的设备要求。 到现在为止我们国家先后研制出各种大型设备的全部使用材料，并且在技术要求的方面也达到了最高的标准。 新型的马氏体耐热钢的产生是基于利用较少的合金元素得到性能全面的钢种，已达到减少成本的要求。 目前为止，我们国家的各种大型设备行业突飞猛进的发展，对设备中材料的各种性能都提出了新的要求，但是由于我们国家工业方面的技术不断完善，技术的进一步提高，生产出具有综合性能良好的新型马氏体耐热钢已经能够实现。 这种新型的马氏体耐热钢的产生必定会在一定程度上提高设备的各种使用性能，给人们带来更多的方便。 新型马氏体的组织结构和低碳马氏体组织结构是一致的，他们的基本组织都是铁素体，唯一不同的是新型马 氏体的晶体内是板条状的马氏体。 随着科技的进步，人们的节约能源的意识不断提高，而大型工程中的设备的使用是人们一直热议的话题，所以说提高大型设备的使用率一直是科研人员研究的向。 其实在 90 年代科研人员已经有了设计低碳微合金化的马氏体耐热钢的思路，主要是因为这种钢具有节约能源的作用，以及其优良的综合力学性能，这种钢材的出现引起一时的轰动，在各个行业都能看到这种钢材的使用，因此也得到了快速的发展。 但是进入 20 世纪，由于发电厂、石油、化工、制造业的迅速发展，对于设备中使用的钢材也提出新的要求，在科研人员的不断努力下， 研发出来了具有良好性能且能满足现有设备的使用要求的钢材，这就是新型的马氏体耐热钢。 这种新型的马氏体耐热钢在一定程度上减少了钢材中的各种不必要的杂质，取而代之的是在其中加入了一些必要的微量元素，通过合金强化增强了钢的强度、韧性、耐高温性以抗氧化和抗腐蚀性能，满足了大型设备的使用要求之外同时也减少了设备的用量内蒙古工业大学本科毕业论文 8 和重量，减少了能源的浪费，给人们带来了方便。 T91 马氏体耐热钢的发展与应用 T91 钢是美国国立像树岭实验室和美国燃烧工程公司冶金材料实验室合作研制的新型马氏体耐热钢 ， 它是在 9Cr1MoV 钢的基 础上降低含碳量，严格限制硫、磷的含量，添加少量的钒、铌元素进行合金化 [14]。 T91 马氏体耐热钢主要用于大型的压力容器中，也用于火力发电厂的大型设备中，属于改进型的马氏体耐热钢，这种钢的高温热强性以及抗氧化能力是其他同类钢种所不能达到的。 在相同的服役环境中，使用 T91 马氏体耐热钢可以在很大的程度上降低成本，节省能约，主要是因为它的高温热强性在实际应用中发挥的重要的作用。 T91 马氏体耐热钢一般都被用在压力容器设备中的过热器和再热器中，与其他的钢种比较 T91钢中碳含量减少很多，同时控制了产生有害气体的 S、 P 的含 量，添加了合金元素来代替 S、 P 等元素，在环境保护方面有了很大的改善。 T91 钢中的合金元素的加入主要是为了增强钢的抗氧化性能以及抗腐蚀性能。 碳是 T91 钢中重要的元素之一，碳主要是起到提高钢的强度的作用，随着碳含量的增加，钢的强度会呈现出上升趋势，但是碳含量过多会使钢的其他性能下降，所以碳的含量的多少需要我们根据实际情况来决定。 T91 钢中 Cr 的加入主要是为了增强钢的抗氧化性能以及抗腐蚀性能，而加入钼能使 T91 钢的热强性得到增强。 尽管如此 T91 钢在焊接过程中还是会出现问题，这就需要在制定工艺或者通过服役环境的改 善来进一步确保设备的正常的运行。 不仅如此，在今后的发展中，我们应该把研发的重点放在如何更环保、更节约的利用这种钢，以达到更全面化，普及到国家的各行各业，造福国家。 内蒙古工业大学本科毕业论文 9 第二章 试验过程及方法 试验材料 试验材料 此次试验所选用的材料是  42mm5mmHR3C 奥氏体不锈钢与 T91 马氏体耐热钢进行焊接和  42mm6mmHR3C 奥氏体不锈钢与  42mm6mmHR3C 奥氏体不锈钢的焊接。 HR3C 钢与 T91 钢母材的化学组成成分见下表 21。 HR3C 钢与 T91 钢常温下的力学性能见下表 22。 试样分为三个组：第一组是 HR3C/HR3C 标为 11；第二组是 HR3C/HR3C 标为21；第三组是 HR3C/T91 标为 31； 表 21 母材的化学成分表 (ωt%) 表 22 常温下母材的力学性能 [15] 焊接材料 奥氏体不锈钢与马氏体耐热钢的异种钢焊接的焊接材料一般有两种，一种是镍基焊接材料，另一种是奥氏体焊接材料。 根据有关研究表明，填充材料是镍基焊接材料的焊接接头要比填充材料是奥氏体焊接材料的焊接接头的 早期失效概率低的多。 前者的失效概率在运行 10000 小时后还很小，在运行 100000 小时候才刚刚高于百分之一，而后者发生失效的时间可能在运行 10000 小时前。 其失效的概率在运行10000 小时时就已经高于百分之一 [16]。 此次试验我们选取的是规格为  的ERNiCr3 镍基焊接材料作为填充金属，化学成分见下表 23。 母材 C Mn Si Cr Mo W V S P Ni Nb C T91 — HR3C — — — 母材  /Mpa Mpa/b %/ Akv/J HB T91 ≥ 585 ≥ 415 ≥ 20 ≥ 68 ≥ 250 HR3C ≥ 295 ≥ 655 ≥ 30 — — 内蒙古工业大学本科毕业论文 10 表 23 焊丝的化学成分 焊丝 C Mn Si Cr Mo W V S P Ni Nb C ERNiCr3 — — — 试验方法 焊前准备 采用机械方法进行下料，坡口型式是 V 型坡口，采用对接的方法进行焊接，不留钝边，选择的开坡口的角度为 30176。 ，不留焊缝间隙，焊前要对开坡口处的内外侧15mm 以内进行油、水、锈等杂质的彻底处理，一直处理到焊件显现出金属光泽才可以施焊。 焊接工艺 钨极氩弧焊被称为 TIG 焊，是通过自带的不熔化的电极与被焊工件之间产生的热量的一种电弧焊接方式。 与其他一般的焊接方法相比钨极氩弧焊的特点是电弧热量集中，温度高，电弧稳定性好，焊缝质量好。 本次试验采用的焊接方法是钨极氩弧焊，所使用的是松下的焊机进行焊接，焊机的型号为 YEC400TX，在焊接的过程中焊机的控制方式为 IGBT 逆变，总电压为380V，频率为 30HZ，功率为 ，焊接过程中的额定输出电流为 400A，电压为 36V，主载电压为 80V。 焊前要进行预热，预热温度在 400450186。 C 之间，在焊接平台上施焊，焊接过程采 用多层焊，总共焊三层，焊完第一层要进行去氧化皮、去焊渣处理，防止影响下次的焊接。 具体的焊接参数见下表 24。 表 24 焊接工艺参数 项目 11 21 41 电压 （ A） 89 811 78 电流 （ V） 8590 95103 8088 焊接速度 （ mm/min） 3540 4550 4560 4560 5565 氩气流量 （ L/min） 12 12 12 背面氩气流量 （ L/min） 10 10 10 焊接工艺评定 试样焊后的工艺评定见下表 25。 内蒙古工业大学本科毕业论文 11 表 25 焊接工艺评定 拉伸试验 试验条件 本次拉伸试验的内容及所有步骤都是按照 GB/T22820xx 金属室温拉伸试验方法来进行的，以 5mm。