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HR3C钢焊接接头700℃的蠕变组织演变

发布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn 更新时间：2016-01-11

HR3C钢是日本住友公司在20世纪80年代研制出的一种奥氏体耐热钢，它是在TP310钢的基础上通过复合添加Nb、N合金元素而形成的一种新钢种，由于钢中Cr、Ni合金元素的含量较高，有效地增强了钢的抗高温腐蚀和高温蒸汽氧化的能力，并稳定了奥氏体组织，抑制了σ相的析出倾向，被广泛应用于金属壁温不超过700℃超超临界机组中的锅炉过热器和再热器部件。

当HR3C钢经历焊接后，焊接接头的组织状态与母材相比会有明显差异，在高温蠕变过程中，接头的组织还会出现进一步的变化，从而影响接头的高温性能。研究人员通过HR3C焊接接头700℃的持久试验，分析接头蠕变过程中的组织变化，为了解HR3C钢焊接接头的高温性能提供一定的依据。

试验用HR3C钢管供货状态为固溶处理，规格为Φ45mm×9.6mm。焊接材料选用配套焊丝T-HR3C。规格Φ2.5mm，SPECTROLAB定量光谱仪实测化学成分如表1所示。

将管材加工成长100mm管段，“V”形坡口，置于45固定位置焊接，焊接方法为手工钨极氩弧焊（GTAW），焊接材料为配套焊丝T-HR3C，焊接规范如表2所示。经检验合格的接头依据GB/T 2039-1997《金属拉伸蠕变及持久试验方法》加工成持久试样。

在RC-1130高温蠕变持久试验机上进行HR3C钢焊接接头高温持久试验，试验温度为700℃，试验应力为180、160和140MPa。通过Olympus Model BX51M型金相显微镜和JSM-6380LA扫描电镜观察焊接接头的显微组织。

表1 HR3C钢和T-HR3C焊丝的化学成分（质量分数，%）

	项目	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Cu	Nb	N
HR3C钢	ASME Code Case2115-1	0.04～0.10	≤0.75	≤2.00	≤0.030	≤0.030	24.00～26.00	17.0～23.0	-	-	0.20～0.60	0.05～0.35
HR3C钢	实测	0.06	0.35	1.18	0.019	0.003	25.3	19.8	0.13	-	0.39	-
T-HR3C焊丝	实测	0.05	0.28	1.55	0.011	0.003	27.4	19.9	0.84	2.24	0.40	-

表2 HR3C钢焊接工艺参数

层数	电流/A	电压/V	单层增厚/mm	氩气流量/(L·min-1)
1	70～90	10～12	3～4	8～10
2～5	70～100	10～12	1～2	8～10
6	70～100	10～12	1～1.5	8～10

结果表明：

（1）700℃高温持久试验中，HR3C钢接头组织中有大量M23C6析出，M23C6沿奥氏体晶界呈连续分布，在焊缝胞状树枝晶内以针状几乎布满了整个组织。

（2）粗大连续分布的M23C6易在晶界上形成蠕变裂纹，而焊缝枝晶内的针状M23C6导致组织脆化，加速蠕变裂纹扩展，致使接头蠕变强度下降。

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