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05Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)马氏体沉淀硬化不锈钢（化学成分力学性能）焊接接头的疲劳性能
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-07-02
05Cr17Ni4Cu4Nb钢是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，相当于美国17-4PH。该钢是我国300～1000MW超超临界火电机组及核电机组汽轮机低压末级动叶片的主要用材之一。
05Cr17Ni4Cu4Nb钢是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，相当于美国17-4PH。该钢是我国300～1000MW超超临界火电机组及核电机组汽轮机低压末级动叶片的主要用材之一。虽然其强度、耐水蚀及耐腐蚀特性都较传统的12Cr钢已有大幅提高，但机组经过长期运行，该材质叶片也会出现不同程度的水蚀损伤，影响机组的安全可靠运行。有研究表明，可以采用焊接修复的方法恢复05Cr17Ni4Cu4Nb钢制叶片水蚀损伤部位的型线，且接头可以具备较好的拉伸性能和缺口冲击性能。然而，汽轮机低压末级动叶片运行过程中不仅受到离心拉应力、弯曲应力等静应力的作用，而且要承受蒸汽周期激振力引起的交变应力作用，因此，05Cr17Ni4Cu4Nb钢的焊接接头不仅要具有优良的静强度，而且还应该具有较好的抗疲劳特性。
西安热工研究院研究人员对05Cr17Ni4Cu4Nb钢焊接接头的疲劳性能进行了测试，以期为该钢叶片的焊接修复提供技术参考。试验材料为05Cr17Ni4Cu4Nb钢，填充金属采用ER630焊丝，其化学成分见表1，热处理后的常规力学性能见表2。
表1 05Cr17Ni4Cu4Nb钢及焊材的化学成分 ω%
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材料种类
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C
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Si
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Mn
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S
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P
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Cr
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Mo
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Ni
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Cu
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Nb
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05Cr17Ni4Cu4Nb钢
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0.06
|
0.39
|
0.37
|
0.007
|
0.013
|
15.69
|
|
3.76
|
3.1
|
0.22
|
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ER630焊丝
|
0.02
|
0.32
|
0.31
|
0.002
|
0.007
|
16.94
|
0.04
|
4.61
|
3.11
|
0.25
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表2 05Cr17Ni4Cu4Nb钢母材的常规力学性能
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Rp0.2,MPa
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Rm,MPa
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A,%
|
Z,%
|
AKV，J
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硬度（HBW2.5/187.5)
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975
|
1013
|
20.8
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63.8
|
137.3
|
320
|
05Cr17Ni4Cu4Nb钢焊接接头热处理后的常规力学性能实验结果见表3。从表中可以看出，经600℃时效后，接头抗拉强度可以达到母材强度的91%，焊缝及热影响区的缺口冲击功AKV均可以达到68J以上，焊接接头的强度和焊缝冲击韧性均可以达到相对较高的水平，满足焊接工艺评定要求。
表3 05Cr17Ni4Cu4Nb钢焊接接头的力学性能
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Rp0.2,MPa
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Rm,MPa
|
AKV，J
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焊缝
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热影响区
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||
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825.0
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921.0
|
82.4
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68.6
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研究结果表明：
1）合理的焊材选择及优化的焊接、热处理工艺，可以使05Cr17Ni4Cu4Nb钢焊接接头的条件疲劳极限达到母材的90%以上。
2）严格控制焊接工艺，减少焊缝缺陷乃至显微缺陷，防止热影响区粗晶区晶粒的过度长大是提高叶片焊接接头疲劳强度的关键措施。
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