研究生開(kāi)題答辯

1、 河南理工大學(xué)新型耐熱鋼瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊接頭組織及性能研究答辯人： 導(dǎo)師:2015級(jí)材料學(xué)院金屬方向開(kāi)題答辯目錄研究背景及意義0102030405國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)研究方案及可行性分析研究計(jì)劃及預(yù)期試驗(yàn)結(jié)果研究背景和意義 能源開(kāi)發(fā)與高效利用成為焦點(diǎn)源011.1 研究背景研究背景和意義011.1 研究背景研究背景和意義機(jī)組類(lèi)型機(jī)組類(lèi)型蒸汽壓力蒸汽壓力/MPa/MPa蒸汽溫度蒸汽溫度/ /C C熱效率熱效率/%/%供電煤耗供電煤耗/g(/g(kWhkWh) )-1-1超高壓超高壓13535/53535360亞臨界亞臨界17540/54038324超臨界超臨界25.5567/5674130

2、0高溫超臨界高溫超臨界25600/60044278超超臨界超超臨界30600/600/60048256011.1 研究背景 鐵,鎳基高溫合金 In6173研究背景和意義 新型馬氏體耐熱鋼 T911新型奧氏體耐熱鋼 HR3C2011.1 研究背景研究背景和意義先開(kāi)先開(kāi)坡口坡口焊接焊接裂紋裂紋焊前焊前預(yù)熱預(yù)熱熱影熱影響區(qū)響區(qū)無(wú)需無(wú)需坡口坡口組織組織均勻均勻不用不用預(yù)熱預(yù)熱母材母材不熔不熔熔化焊熔化焊TLPTLP011.1 研究背景研究背景和意義 為發(fā)展超超臨界火電機(jī)組提供技術(shù)支持豐富新型耐熱鋼TLP焊接理論011.1 研究意義目錄研究背景及意義0102030405國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)研究

3、方案及可行性研究計(jì)劃及預(yù)期結(jié)果 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展2.1 新型馬氏體耐熱鋼研究 9Cr-1Mo型馬氏體耐熱鋼 9Cr-3W-3Co新型奧氏體耐熱鋼 2.25Cr-1Mo不銹鋼第一階段第二階段第三階段02 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展2.2 新型奧氏體耐熱鋼研究18Cr-8Ni型奧氏體耐熱鋼18Cr-8Ni及25Cr-20Ni新型奧氏體耐熱鋼(1520%)Cr(2040%)Ni系不銹鋼第一階段第二階段第三階段02 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展TP347HSuper304H HR3CT9102 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展TP347Hu TP347H由于含Cr量較少，僅為18%，導(dǎo)致其高溫抗水蒸氣氧化作用較差，在使用過(guò)程中晶間腐蝕現(xiàn)象較嚴(yán)重。

4、u 過(guò)一定的熱處理及熱加工方法在TP347H基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了TP347HFG耐熱鋼。02 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展Super304Hu 它是在TP304的基礎(chǔ)上，降低Mn含量，加入Cu、Nb和一定量的N，利用TP347HFG的熱加工工藝開(kāi)發(fā)出來(lái)的18Cr-9Ni型鋼650C許用應(yīng)力高于TP347H約31%，高溫蠕變強(qiáng)度是TP304的1.71.9倍，是TP347H的1.31.5倍。u Super304H奧氏體耐熱鋼的高溫抗水蒸氣氧化、腐蝕能力較弱，因此需對(duì)鋼管內(nèi)壁進(jìn)行噴丸處理。國(guó)內(nèi)一些研究表明，噴丸處理容易導(dǎo)致管內(nèi)壁表面位錯(cuò)及內(nèi)應(yīng)增加，使得組織狀態(tài)不穩(wěn)定，當(dāng)溫度升高高時(shí)，噴丸處理層原子活化能增加，發(fā)生組織變

5、化，會(huì)在一定程度上降低鋼管表面的抗高溫軟化能力。02 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展u 日本住友公司在含鎳、鉻更多的25Cr-20Ni型奧氏體耐熱鋼TP310H中添加0.2 %的Nb和N，開(kāi)發(fā)出HR3C新型奧氏體耐熱鋼，因其具有較高的高溫蠕變強(qiáng)度、優(yōu)良的抗高溫氧化、高溫腐蝕性能，且具有較好的焊接性，廣泛的用在高參數(shù)超超臨界火電機(jī)組過(guò)熱器和再熱器中。u HR3C新型奧氏體耐熱鋼抗高溫水蒸氣氧化、腐蝕的性能得到強(qiáng)化，但是其高溫持久性能以及高溫長(zhǎng)期時(shí)效后沖擊性能有待提升。HR3C02 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展一種復(fù)合強(qiáng)化22/15鉻鎳型新型奧氏體耐熱鋼管 研制：研制：在22/15鉻鎳型奧氏體鋼的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)各強(qiáng)化合金元素N

6、、Nb、Cu的配比，經(jīng)1150 C保溫30 min后水淬固溶處理，在基體中析出MX型Nb(C、N)相，該相以納米級(jí)存在，NbCrN相和富Cu相復(fù)合起到復(fù)合強(qiáng)化的效果。 性能：性能：SP2215不僅在合金元素的使用量上低于25Cr-20Ni型新型奧氏體耐熱鋼HR3C，更具有經(jīng)濟(jì)性，而且高溫持久強(qiáng)度、沖擊韌性得到大大提升。SP221502 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展鋼種應(yīng)力/MPa斷裂時(shí)間/小時(shí)SP22152402032時(shí)51分Super304H240400HR3C240800TP347H240200不同鋼種不同鋼種650650C C持久性能對(duì)比持久性能對(duì)比02 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展2.2 新型耐熱鋼的焊接 新型奧

7、氏體耐熱鋼在供貨狀態(tài)下都是單一的奧氏體組織，且?jiàn)W氏體的熱傳導(dǎo)性能較差、線膨脹系數(shù)大、合金元素含量高等原因焊接Cr、Ni純奧氏體耐熱鋼對(duì)結(jié)晶裂紋、高溫液化裂紋等焊接缺陷較敏感，接頭中出現(xiàn)晶間腐蝕、時(shí)效脆化傾向也較高。 新型馬氏體鋼為高鉻馬氏體耐熱鋼，淬硬傾向大，易產(chǎn)生焊后冷裂紋，焊前必須經(jīng)過(guò)250左右預(yù)熱。02 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 李新梅研究了Super304H鋼管的焊接接頭組織與性能，在600700C時(shí)效條件下，Super304H鋼焊接接頭發(fā)生顯著的時(shí)效脆化現(xiàn)象，主要原因是在晶界有大量的M23C6脆性相沿晶界析出，如圖所示；同時(shí)，大量M23C6脆性相的析出致使晶界貧Cr，是接頭晶間腐蝕敏感性增加的

8、根本原因。焊縫焊縫600 600 C C時(shí)效后微觀形貌圖時(shí)效后微觀形貌圖熔化焊02 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 姚兵印、宋有明等人對(duì)HR3C/T91異種耐熱鋼手工氬弧焊焊接接頭的力學(xué)性能及界面蠕變失效行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，加速模擬運(yùn)行5012 h后，在界面處發(fā)生了蠕變失效，且裂紋源在內(nèi)表面焊縫/T91界面處，并在此擴(kuò)展，最后導(dǎo)致接頭蠕變失效，如圖所示，在拉伸及彎曲試驗(yàn)時(shí)，斷裂位置也均發(fā)生在焊縫與T91界面區(qū)域，說(shuō)明焊縫/T91界面容易發(fā)生蠕變失效，是接頭薄弱區(qū)域。 熔化焊02 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 TLP02 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 黃建新研究了Super304H耐熱鋼管瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊接頭組織性能及加速時(shí)效對(duì)接頭的

9、的影響， 結(jié)果表明，采用雙溫工藝，在1260C加熱30s，然后在1220C保溫4min，連接壓力7MPa，得到的焊接接頭組織均勻且焊縫晶?？绾缚p/母材界面生長(zhǎng)，界面幾乎消失，經(jīng)拉伸試驗(yàn)可知接頭連接強(qiáng)度和母材相當(dāng)。TLP02 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 盧俊峰、高增等人對(duì)12Cr1MoV/TP304H進(jìn)行瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊研究， 表明在合適的工藝參數(shù)下可以實(shí)現(xiàn)兩種鋼管的可靠連接，且接頭抗拉強(qiáng)度大于母材，拉伸試樣均在母材處斷裂，彎曲試樣彎曲角度為180；通過(guò)電子探針對(duì)接頭元素分布的分析發(fā)現(xiàn)，降低熔點(diǎn)的元素?cái)U(kuò)散由于兩側(cè)母材成分差異存在不對(duì)稱(chēng)性，導(dǎo)致焊縫中心線相對(duì)焊前界面中心向TP304H一側(cè)偏移，這是因?yàn)門(mén)P304

10、H合金元素含量相對(duì)較高，由于濃度梯度的存在，中間層向12Cr1MoV中擴(kuò)散較快。TLP02目錄研究目的及意義0102030405國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)研究方案及可行性研究計(jì)劃及預(yù)期結(jié)果 研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)確定該新型確定該新型奧氏體耐熱奧氏體耐熱剛管瞬時(shí)液剛管瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊的相擴(kuò)散焊的最佳工藝參最佳工藝參數(shù)；數(shù)；1分析重要參分析重要參數(shù)對(duì)接頭顯數(shù)對(duì)接頭顯微組織及力微組織及力學(xué)性能的影學(xué)性能的影響；響；2分析分析TLPTLP連連接接頭可能接接頭可能出現(xiàn)的焊接出現(xiàn)的焊接缺陷及其產(chǎn)缺陷及其產(chǎn)生原因生原因和避和避免措施免措施。33.1 研究?jī)?nèi)容03 研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)3.2 前期試驗(yàn)試樣中間層種類(lèi)最

11、高溫度(oC)連接溫度 (oC)保溫時(shí)間(s) 連接壓力(MPa）均勻化加熱時(shí)間(s)1#BNi2、FeNiCrSiB125012301808.02402#BNi2、FeNiCrSiB125012302409.02403#BNi2、FeNiCrSiB、BNi2126012402409.02404#FeNiCrSiB126012353009.3無(wú)5#BNi2126012353009.3無(wú)6#BNi2、FeNiCrSiB125012303009.226003 研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)3.2 前期試驗(yàn)03試樣試樣中間層中間層連接溫度連接溫度/保溫時(shí)間保溫時(shí)間/s連接壓力連接壓力/MPa1#BNi2、FeNi

12、CrSiB124020042#BNi2、FeNiCrSiB124020053#BNi2、FeNiCrSiB124024064#BNi2、FeNiCrSiB12402405 研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)3.1 創(chuàng)新點(diǎn)制備新型復(fù)合中間層進(jìn)行焊接試驗(yàn)。1TLP焊接進(jìn)行新型耐熱鋼的管和管對(duì)焊。203目錄研究目的及意義0102030405國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)研究方案及可行性研究計(jì)劃及預(yù)期結(jié)果 研究方案及可行性切割鋼管比清理端面切割鋼管比清理端面裁剪中間層并清洗裁剪中間層并清洗切割鋼管比清理端面切割鋼管比清理端面裝配，設(shè)定參數(shù)焊接裝配，設(shè)定參數(shù)焊接制備金相及力學(xué)試樣制備金相及力學(xué)試樣組織、力學(xué)性能分析組織、

13、力學(xué)性能分析組織觀察組織觀察元素分布元素分布抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度顯微硬度顯微硬度沖擊韌性沖擊韌性斷口形貌斷口形貌優(yōu)化工藝參數(shù)優(yōu)化工藝參數(shù)04目錄研究目的及意義0102030405國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)研究方案及可行性研究計(jì)劃及預(yù)期結(jié)果查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)，寫(xiě)出閱讀綜述，查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)，寫(xiě)出閱讀綜述，構(gòu)思課題流程。構(gòu)思課題流程。 研究計(jì)劃及預(yù)期結(jié)果試驗(yàn)進(jìn)行階段，全面展開(kāi)課題，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)進(jìn)行階段，全面展開(kāi)課題，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程及相關(guān)數(shù)據(jù)等，初步分析實(shí)驗(yàn)效果，并進(jìn)過(guò)程及相關(guān)數(shù)據(jù)等，初步分析實(shí)驗(yàn)效果，并進(jìn)一步完善試驗(yàn)生產(chǎn)工藝。一步完善試驗(yàn)生產(chǎn)工藝。整理課題數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，理整理課題數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，理清思路，認(rèn)真撰寫(xiě)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。清思路，認(rèn)真撰寫(xiě)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。2016.032016.072016.082017.052017.062017.1205 研究計(jì)劃及預(yù)期結(jié)果5.2 預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果1 實(shí)現(xiàn)新型奧氏體耐實(shí)現(xiàn)新型奧氏