改善Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫及改善其組織與性能的方法技術

本發明專利技術涉及一種Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫及改善其組織與性能的方法，所述方法包括：選取三種不同成分的焊絲熔敷金屬進行測試和分析了熔敷金屬的化學成分、顯微組織和力學性能以及高溫持久條件下的組織轉變，選取出基本性能良好的焊絲，通過該焊絲焊接了Super304H鋼管，分析了焊接接頭的顯微組織和力學性能，獲得Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫改善方法：焊態熔敷金屬中的析出相為Nb(C,N)，鈮元素的含量是決定鈮相數量和尺寸的主要因素鈮含量為0.28％的熔敷金屬具有最佳的綜合性能。

Method for improving weld seam of Super304H austenitic corrosion resistant steel and improving its microstructure and properties

The invention relates to a corrosion resistant steel Super304H austenitic weld and the methods to improve the microstructure and properties, the method includes three kinds of deposited metal were tested and analyzed the chemical composition of deposited metal, microstructure and mechanical properties of high temperature and long holding conditions of organizational change. The selected basic the good performance of the wire, the welding wire of Super304H steel, microstructure and mechanical properties of welded joint were analyzed, improved methods of Super304H austenitic steel weld corrosion: precipitation welded in the deposited metal phase is Nb (C, N), the content of niobium niobium content is determined phase number and size of the main factors the Nb 0.28% deposited metal has the best comprehensive performance.

【技術實現步驟摘要】
改善Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫及改善其組織與性能的方法
本專利技術涉及一種Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫及改善其組織與性能的方法。
技術介紹
隨著超超臨界機組的發展，為滿足電站鍋爐高溫部件對材料的要求，具有高持久強度、組織穩定性好、耐高溫腐蝕等性能優良的新型奧氏體耐熱鋼材料相繼誕生。工作在600～650℃蒸汽溫度下的過熱器和再熱器高溫段的材料為Super304H奧氏體耐熱鋼。為解決我國對其完全依賴進口的現狀，必須同步實現Super304H鋼管及其配套焊絲的國產化。有鑒于上述的缺陷，本設計人積極加以研究創新，以期創設一種Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫及改善其組織與性能的方法，使其更具有產業上的利用價值。
技術實現思路
為解決上述技術問題，本專利技術的目的是提供一種改善Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫及改善其組織與性能的方法。本專利技術改善Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫組織與性能的方法，包括：選取三種不同成分的焊絲熔敷金屬進行測試和分析了熔敷金屬的化學成分、顯微組織和力學性能以及高溫持久條件下的組織轉變，選取出基本性能良好的焊絲，通過該焊絲焊接了Super304H鋼管，分析了焊接接頭的顯微組織和力學性能，獲得Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫改善方法：焊態熔敷金屬中的析出相為Nb(C,N)，鈮元素的含量是決定鈮相數量和尺寸的主要因素鈮含量為0.28％的熔敷金屬具有最佳的綜合性能。進一步地，具體包括：焊縫金屬的合金設計：根據奧氏體耐熱鋼焊絲設計經驗和相關的理論計算，設計焊縫中部分元素的添加量為C0.08～0.1％，Si0.2～0.4％，Mn3～3.5％，S≤0.003％，P≤0.003％，Cr18～19％，Ni15～17％，Mo0.8～1％；確定焊縫中氮、鈮元素的添加量分別為N0.1～0.13％，Nb0.55～0.7％或Nb0.3％左右；設計焊縫中銅的添加量為3～4％；進行焊絲熔敷金屬的化學成分、熔敷金屬的顯微組織分析、鈮、碳含量對Nb(C,N)相的影響、熔敷金屬的力學性能的分析，其中熔敷金屬的顯微組織分析包括凝固亞晶界與鈮相、凝固晶界；鈮、碳含量對Nb(C,N)相的影響采用熱力學理論計算和定量相分析兩種方式進行；熔敷金屬在高溫持久應力下的組織轉變：高溫持久參數的確定，對熔敷金屬的高溫持久試驗選取200MPa作為持久應力，考察其在650℃溫度下的持久性能；高溫持久后的顯微組織分析：凝固亞晶界與鈮相、凝固晶界、第二相的析出，其中，所述第二相析出包括：M23C6相、NbCrN相、α相，并進行相析出對耐蝕性的影響的分析；Super304H鋼管焊接接頭組織與性能分析：鋼管接頭的焊接；焊縫的化學成分分析；焊接接頭的顯微組織分析、接頭的力學性能分析，其中焊接接頭的顯微組織分析包括：凝固亞晶界和鈮相、遷移晶界、熱影響區、晶界液化；基于以上分析得到Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫組織與性能的改善方法，其中采用鈮含量為0.28％的焊絲對Super304H固溶態鋼管進行焊接，當焊接熱輸入控制在14kJ/cm以下時得到成形良好的焊接接頭；為降低彎曲凝固晶界的能量，可在部分區域觀察到晶界發生平直化的遷移晶界，遷移晶界穿過凝固亞晶的中心，在多道焊熱循環的影響下，凝固晶界的實際遷移距離在5～15μm范圍內；焊縫的沖擊韌性與其熔敷金屬的十分接近。熱影響區和熔合線沖擊韌性較高。本專利技術Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫，其鈮含量的質量百分比為0.28％。借由上述方案，本專利技術至少具有以下優點：1、采用鈮含量為0.28％的焊絲對Super304H固溶態鋼管進行焊接，考慮母材對熱裂紋的敏感性，當焊接熱輸入控制在14kJ/cm以下時得到成形良好的焊接接頭。由于焊縫的成分與其熔敷金屬相近，焊縫同樣為全奧氏體組織，其析出相的數量、分布、形狀和尺寸與其熔敷金屬相似。2、由于鈮相穩定性高，受到焊接二次熱循環影響的焊縫區域，凝固亞晶界發生了一定程度的溶解，但分布其上的鈮相并沒有完全溶解。為降低彎曲凝固晶界的能量，可在部分區域觀察到晶界發生平直化的遷移晶界，遷移晶界穿過凝固亞晶的中心。在多道焊熱循環的影響下，凝固晶界的實際遷移距離在5～15μm范圍內。3、熱影響區粗晶區的寬度約為700μm，由于母材為固溶態組織，在14kJ/cm的熱輸入下其晶粒粗化并不嚴重。熱影響區的部分區域可見呈點列狀分布的鈮相，該種鈮相對熱影響區的晶界具有釘扎作用。由于晶粒長大導致雜質元素的富集，受焊接二次熱循環影響的緊靠熔合線的區域的晶界發生液化現象。4、焊接接頭室溫屈服強度可達308MPa，拉伸試樣斷面收縮率為40％，滿足接頭拉伸性能的最低要求，并有一定的裕量。由于焊接熱輸入相同且焊縫的化學成分與其熔敷金屬相近，因而焊縫的沖擊韌性與其熔敷金屬的十分接近。熱影響區和熔合線沖擊韌性較高。上述說明僅是本專利技術技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本專利技術的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本專利技術的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。附圖說明圖1是3#熔敷金屬凝固亞晶界的不同截面與鈮相，(1)金相組織，(2)SEM組織；圖2是1#熔敷金屬凝固亞晶界的不同截面與鈮相，(1)金相組織，(2)SEM組織；圖32#熔敷金屬凝固亞晶界的不同截面與鈮相，(1)金相組織，(2)SEM組織；；圖43#熔敷金屬中的凝固晶界；圖51#熔敷金屬中的凝固晶界；圖62#熔敷金屬中的凝固晶界；圖71#、2#熔敷金屬合金系Thermo-calc析出相質量分數，(1)1#熔敷金屬，(2)2#熔敷金屬；圖83#熔敷金屬合金系Thermo-calc析出相質量分數；圖9熔敷金屬XRD分析；圖10熔敷金屬的拉伸性能；圖11熔敷金屬沖擊斷口典型形貌，(1)1#、2#熔敷金屬斷口形貌，(2)3#熔敷金屬斷口形貌；圖12凝固亞晶界的不同截面與鈮相；圖13凝固亞晶界和鈮相的典型SEM形貌，(1)位置1，(2)位置2；圖14高溫持久后凝固晶界的形貌；圖15熔敷金屬合金系Thermo-calc析出相質量分數；圖16高溫持久熔敷金屬XRD分析，(1)持久應力78MPa，(2)持久應力200MPa；圖17高溫持久試樣的電解腐蝕形貌；圖18母材的組織形貌；圖19母材中的鈮相；圖20未受二次熱循環影響的焊縫凝固亞晶界的不同截面與鈮相，(1)金相組織，(2)SEM組織；圖21受二次熱循環影響的凝固亞晶界與鈮相；圖22焊縫中的凝固晶界與遷移晶界，(1)凝固晶界，(2)遷移晶界；圖23母材熱影響區組織；圖24熔合線位置的組織形貌。具體實施方式下面結合附圖和實施例，對本專利技術的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本專利技術，但不用來限制本專利技術的范圍。Super304H鋼TIG焊絲成分設計TIG焊是奧氏體耐熱鋼焊接的常用方法，由于焊接過程中接頭采取氬氣保護，因此，能夠有效地保護熔池并最大限度地降低元素的損失。在氬氣保護充分的前提下，焊絲中的合金元素幾乎可以全部過渡到熔池，因而焊絲的成分直接決定了熔敷金屬和焊縫的成分。母材合金元素較多且合金化機理較為復雜，只有對合金元素的種類和含量進行合理設計才能夠保證接頭焊縫的性能。考慮到母材中合金元素作用的不可替代性，焊絲中的合金元素種類應與母材的合金元素盡量保持一致，但必須注意母材與焊縫在組織與本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改善Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫組織與性能的方法，其特征在于，包括：選取三種不同成分的焊絲熔敷金屬進行測試和分析了熔敷金屬的化學成分、顯微組織和力學性能以及高溫持久條件下的組織轉變，選取出基本性能良好的焊絲，通過該焊絲焊接了Super304H鋼管，分析了焊接接頭的顯微組織和力學性能，獲得Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫改善方法：焊態熔敷金屬中的析出相為Nb(C,N)，鈮元素的含量是決定鈮相數量和尺寸的主要因素鈮含量為0.28％的熔敷金屬具有最佳的綜合性能。

【技術特征摘要】
1.一種改善Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫組織與性能的方法，其特征在于，包括：選取三種不同成分的焊絲熔敷金屬進行測試和分析了熔敷金屬的化學成分、顯微組織和力學性能以及高溫持久條件下的組織轉變，選取出基本性能良好的焊絲，通過該焊絲焊接了Super304H鋼管，分析了焊接接頭的顯微組織和力學性能，獲得Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫改善方法：焊態熔敷金屬中的析出相為Nb(C,N)，鈮元素的含量是決定鈮相數量和尺寸的主要因素鈮含量為0.28％的熔敷金屬具有最佳的綜合性能。2.根據權利要求1所述的改善Super304H奧氏體耐蝕鋼焊縫組織與性能的方法，其特征在于，具體包括：焊縫金屬的合金設計：根據奧氏體耐熱鋼焊絲設計經驗和相關的理論計算，設計焊縫中部分元素的添加量為C0.08～0.1％，Si0.2～0.4％，Mn3～3.5％，S≤0.003％，P≤0.003％，Cr18～19％，Ni15～17％，Mo0.8～1％；確定焊縫中氮、鈮元素的添加量分別為N0.1～0.13％，Nb0.55～0.7％或Nb0.3％左右；設計焊縫中銅的添加量為3～4％；進行焊絲熔敷金屬的化學成分、熔敷金屬的顯微組織分析、鈮、碳含量對Nb(C,N)相的影響、熔敷金屬的力學性能的分析，其中熔敷金屬的顯微組織分析包括凝固亞晶界與鈮相、凝固晶...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張新，吳智泉，張志剛，王澤璞，陳鑫，王麗偉，
申請(專利權)人：中國大唐集團科學技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：北京,11