新型耐熱鋼的焊接實(shí)用教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1新型新型(xnxng)耐熱鋼的焊接耐熱鋼的焊接第一頁，共35頁。焊接焊接(hnji)知識(shí)知識(shí)簡介簡介新型新型(xnxng)耐熱鋼的耐熱鋼的焊接特點(diǎn)焊接特點(diǎn)新型耐熱鋼的發(fā)展新型耐熱鋼的發(fā)展第1頁/共35頁第二頁，共35頁。第2頁/共35頁第三頁，共35頁。第3頁/共35頁第四頁，共35頁。第4頁/共35頁第五頁，共35頁。同樣溫度下(538/538)超臨界壓力比亞臨界鍋爐機(jī)組的效率高1.7%；在同樣的壓力條件下（24.1MPa)，蒸汽溫度538/538由提高到600/610鍋爐機(jī)組的效率高3.5%。提高火電機(jī)組鍋爐蒸汽溫度、壓力參數(shù)是提高火電廠效率的最有效方法，特別是溫度對(duì)效率的影響更為

2、(n wi)顯著。第5頁/共35頁第六頁，共35頁。美國(mi u)電力研究所（EPRI）總結(jié)的世界各國火電機(jī)組參數(shù)演變的歷史第6頁/共35頁第七頁，共35頁。第7頁/共35頁第八頁，共35頁。第8頁/共35頁第九頁，共35頁。部分(b fen)鐵素體鋼的的化學(xué)成分.doc第9頁/共35頁第十頁，共35頁。20世紀(jì)50年代，電站鍋爐鋼管大多采用含Cr3%，含Mo3%的鐵素體耐熱鋼，其典型鋼種及最高使用壁溫為：15Mo53012CrMo54015CrMo54012Cr1MoV58015Cr1Mo1V58010CrMo910580當(dāng)時(shí)，在壁溫超過580時(shí)，一般都需要(xyo)使用奧氏體耐熱鋼TP3

3、04H、TP347H（700），然而由于其價(jià)格昂貴、導(dǎo)熱系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)大及存在應(yīng)力腐蝕裂紋傾向等缺陷，不可能被大量采用，故世界各國從20世紀(jì)60年代初開始，進(jìn)行了長達(dá)30多年的試驗(yàn)研究，來開發(fā)適用于溫度為580-650范圍內(nèi)的鍋爐用耐熱鋼。第10頁/共35頁第十一頁，共35頁。20世紀(jì)50年代末，比利時(shí)Liege 冶金研究中心研究了“超級(jí)9 Cr”鋼，其化學(xué)成分為9 Cr -2Mo，并添加了Nb、V等合金元素，材料牌號(hào)為EM12。法國瓦魯瑞克公司生產(chǎn)出EM12的過熱器管。1964年，法國電力公司批準(zhǔn)EM12鋼管可用于620的過熱器和再熱器，代替過去使用(shyng)的不銹鋼管。但是，由于該

4、鋼種是二元結(jié)構(gòu)，沖擊韌性差，后來未得到廣泛應(yīng)用。 第11頁/共35頁第十二頁，共35頁。20世紀(jì)60年代初，中國按原蘇聯(lián)的耐熱鋼系列研究出了鋼102（12CrMoWVTiB），推薦(tujin)使用溫度為620，經(jīng)長期使用經(jīng)驗(yàn)證明，其使用溫度以低于600為宜。鋼102主要用于壁溫小于等于600的過熱器、再熱器管。 第12頁/共35頁第十三頁，共35頁。HCM2S是在T22（2.25 Cr -1Mo）鋼的基礎(chǔ)上，吸收了鋼102的優(yōu)點(diǎn)而改進(jìn)的。它在600時(shí)的強(qiáng)度比22高93%，與鋼102相當(dāng)。但由于含量降低，加工性能和焊接性能優(yōu)于鋼102，在一些情況(qngkung)下可以焊前不預(yù)熱，當(dāng)壁厚小于等

5、于8mm時(shí)，焊后可不熱處理。該鋼已獲得ASME鍋爐壓力容器規(guī)范CASE2199認(rèn)可，被命名為SA213-T23；T24（7CrMoVTiB10-10）鋼是在T22鋼的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，與T22鋼的化學(xué)成分比較，增加了V、Ti、B含量，減少了C含量，于是降低了焊接熱影響區(qū)的硬度，提高了蠕變斷裂強(qiáng)度。在一些情況(qngkung)下，T24也可以焊前不預(yù)熱，當(dāng)壁厚小于等于8mm時(shí)，焊后可不熱處理。SA213T23 T小口徑管子SA335P23 P大口徑管子Cr1.92.6% Mo 0.050.3% W1.451.75% 另加入V、Nb等微量合金元素(yun s)。T23主要用于600C過熱器，再熱器

6、管P23主要用于575C 集箱、 蒸汽管道。在GB5310中的牌號(hào):07Cr2MoW2VNbB第13頁/共35頁第十四頁，共35頁。20世紀(jì)60年代末，德國研究開發(fā)(kif)了12Cr鋼，F(xiàn)12（X20CrMoV121）鋼和F11（X20CrMoWV121）鋼。該鋼至1979年正式納入DIN17175標(biāo)準(zhǔn)，主要用于壁溫達(dá)610的過熱器、壁溫達(dá)650的再熱器以及壁溫為540-560的聯(lián)箱和蒸汽管道，但含碳量高，焊接性差。第14頁/共35頁第十五頁，共35頁。1974年美國能源部委托橡樹嶺國家試驗(yàn)室(ORNL)與燃燒工程公司(CE)聯(lián)合研究用于中子增殖反應(yīng)堆計(jì)劃的鋼材,開始改進(jìn)原有的T9(9Cr-

7、1Mo)鋼,以研究開發(fā)一種新的9Cr-1Mo鋼,要求這種新鋼種綜合早期9Cr鋼和12Cr鋼的性能,并具有良好的焊接性。到1982年，測試了超過一百種成份的試驗(yàn)樣品(yngpn)，最后確定為改良型9Cr-1Mo鋼，即T91/P91鋼。經(jīng)試驗(yàn)該鋼種在593、10萬h條件下的持久強(qiáng)度達(dá)到，韌性也較好。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度分析，這種鋼與EM12相比，Mo含量減少一半,Nb、V也低。1983年美國ASME認(rèn)可了這種鋼，稱為T91/P91，即SA213-T91/SA335-P91。1987年法國瓦魯瑞克公司針對(duì)T91與F12和EM12的評(píng)估技術(shù)報(bào)告，認(rèn)為T91/P91有明顯優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)要從EM12轉(zhuǎn)為使用T91

8、/P91；20世紀(jì)80年代末，德國也從F12轉(zhuǎn)向T91/P91。T91可用于壁溫小于等于600的過熱器、再熱器管；P91可用于壁溫小于等于600的聯(lián)箱和蒸汽管道。 第15頁/共35頁第十六頁，共35頁。20世紀(jì)90年代初，日本在大量推廣91/91的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用溫度超過600時(shí)，T91/T91已不能滿足長期安全運(yùn)行的要求。在調(diào)峰任務(wù)重的機(jī)組，管材的疲勞失效也是個(gè)大問題。于是，日本繼續(xù)在開發(fā)新的在機(jī)組鍋爐用鋼方面做了大量的試驗(yàn)研究工作，目前已生產(chǎn)出得到ASME標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的鋼管有SA213-T92（NF616）/SA335-P92（NF616）、SA213-T122（HCM12A）/SA335-

9、P122（HCM12A）。這些鋼種已經(jīng)在大型鍋爐的高溫部件上采用。 NF616（T92/P92）鋼，是在T91/P91鋼的基礎(chǔ)上再加1.5%-2.0%的W，降低了Mo含量，增強(qiáng)了固溶強(qiáng)化效果。在600下的許用應(yīng)力比91高34%，達(dá)到TP347的水平，是可以替代奧氏體鋼的候選材料之一。NF616在600，10萬h下的持久強(qiáng)度可達(dá)130MPa。數(shù)據(jù)表明，NF616作為超臨界鍋爐過熱器和再熱器管件，不僅(bjn)在600-650內(nèi)與奧氏體鋼相當(dāng)或優(yōu)于奧氏體鋼，且在600時(shí)的是SUS321H的1.26倍，是SUS347H的1.12倍。僅就蠕變斷裂強(qiáng)度出發(fā)，用NF616鋼管可取代超臨界和超超臨界鍋爐中的

10、奧氏體過熱器、再熱器管，并可用于壁溫小于等于620時(shí)的主蒸汽管道。第16頁/共35頁第十七頁，共35頁。T122/P122（HCM12A）是改進(jìn)(gijn)的12 Cr鋼，添加2%W、0.07% Nb和1%Cu，固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的效果都有很大增加，600和650和許用應(yīng)力分別比X20CrMoV121提高113%和168%，具有更高的熱強(qiáng)度和耐蝕性，比已廣泛使用的12鋼的焊接性和高溫強(qiáng)度有進(jìn)一步改善，尤其是由于含量的減小，使焊接冷裂敏感性有了改善。其主要性能有以下幾點(diǎn)：A、蠕變強(qiáng)度。經(jīng)2萬h以上蠕變破斷試驗(yàn)，證實(shí)該種鋼具有穩(wěn)定的高溫強(qiáng)度，在550-650內(nèi)，均高于同一溫度下的T91鋼；在650

11、以下時(shí)，也高于SUS347H，其600時(shí)許用應(yīng)力約為T91/P91的1.3倍，也高于奧氏體鋼SUS347H。B、抗蒸汽氧化性能和抗高溫腐蝕性能優(yōu)于9Cr鋼。C、物理性能。作為高鉻馬氏體鋼，其熱傳導(dǎo)性比奧氏體鋼較好，熱膨脹系數(shù)小，氧化垢不易剝離，適用于620以下的主蒸汽管道。新材料的應(yīng)用，有效地降低了管壁厚度，減小了材料的用量，并使管系布置條件得到了改善。第17頁/共35頁第十八頁，共35頁。NF12、SAVE12鋼是為了提高超超臨界鍋爐效率而急需開發(fā)的能夠用于650的鐵素體耐熱鋼。通過對(duì)12Cr-W-Co鋼的研究，表明高的鎢和低的碳含量能夠提高蠕變斷裂強(qiáng)度，而且o的存在可以避免(bmin)鐵素

12、體的形成。 試驗(yàn)證明，NF12鋼的蠕變斷裂強(qiáng)度高于P92、P91和F12鋼。相信不久的將來，這種蠕變強(qiáng)度優(yōu)良的NF12鋼一定能用于34.3 MPa、650的超臨界鍋爐中。第18頁/共35頁第十九頁，共35頁。（1）低的含碳量。以前所有的耐熱鋼都主要是通過彌散分布的合金炭化物獲得高溫強(qiáng)度的，因此總是要把炭保持在0.1%以上的較高水平。新型的鐵素體耐熱鋼沖破了這一界限，把炭降低了0.1%以下。說明這一類鋼的常溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度都不是完全依賴于彌散分布的合金炭華物而獲得的。（2）低的P、S含量。如果仔細(xì)閱讀這一類的標(biāo)準(zhǔn)，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)這些鋼中的雜質(zhì)元素含量的限定比以前所有的鐵素體耐熱鋼都嚴(yán)格得多。例如美國

13、國家橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室推薦的成分中，P、S的控制目標(biāo)值分別都為小于0.010%；其商用材料控制的允許范圍分別為不大于0.020%和不大于0.010%；除P、S以外，還對(duì)Cu、Sb、Sn、As等元素的允許范圍也分別作出了規(guī)定。（3）具有微量的Nb、Al、N、B和較低的V含量。這些元素是作為對(duì)鋼進(jìn)行微合金化處理的目的而加入的。成分上的共同特點(diǎn)成為(chngwi)它們于傳統(tǒng)鐵素體耐熱鋼在冶金上的一個(gè)原則性區(qū)別。在常溫力學(xué)性能方面的共同特點(diǎn)是具有較高的0.2和明顯優(yōu)越的沖擊韌度。在具有較高的0.2的同時(shí)，具有明顯高于傳統(tǒng)鐵素體耐熱鋼的高溫蠕變斷裂強(qiáng)度?？梢娺@類鋼的成分特點(diǎn)是含C低、純凈度高及經(jīng)過了微合金化處

14、理。在力學(xué)性能方面具有明顯高的常溫和高溫強(qiáng)度，并同時(shí)具有高的韌度和塑性。這是只有強(qiáng)韌化才能達(dá)到的效果，因此可以認(rèn)為這一系列新開發(fā)的鐵素體耐熱鋼是屬于強(qiáng)韌型的鋼。第19頁/共35頁第二十頁，共35頁。在發(fā)展鐵素鋼的同時(shí),奧氏體鋼作為另一種主要的耐熱鋼也有了的較大發(fā)展,奧氏體鋼按含Cr量分為四類：即15 Cr、18 Cr、20-25 Cr 和高Cr-Ni合金。這些鋼種正在發(fā)展過程中，最初添加Ti、Nb，是從抗腐蝕的角度來提高鋼的穩(wěn)定性，其次在保持穩(wěn)定的前提下，適當(dāng)降低了Ti和Nb的含量，以提高蠕變強(qiáng)度，而不是提高抗腐蝕性，然后添加Cu，以銅富相的沉積和熱處理的改進(jìn)來提高沉積強(qiáng)化(qinghu)；進(jìn)

15、一步的趨勢(shì)是添加0.2%N和一定量的W，以增強(qiáng)固溶體的強(qiáng)度。 第20頁/共35頁第二十一頁，共35頁。Super304H是TP304H的改時(shí)型，添加了3%Cu和0.4%Nb，從而獲得了極高的蠕變斷裂強(qiáng)度，在600-650下的許用應(yīng)力比TP304H高30%，這一高強(qiáng)度是奧氏體基體中同時(shí)產(chǎn)生NbCrN、Nb(N、C)M23C6和細(xì)的富鋼相沉淀強(qiáng)化的結(jié)果。運(yùn)行(ynxng)2.5年后的性能試驗(yàn)表明，該鋼的組織和力學(xué)性能穩(wěn)定，而且價(jià)格便宜，是超臨界鍋爐過熱器、再熱器的首選材料。第21頁/共35頁第二十二頁，共35頁。TP347HFG鋼是通過特定(tdng)的熱加工和熱處理工藝得到的細(xì)晶奧氏體耐熱鋼。雖

16、然TP347H鋼經(jīng)高溫下正?；倘芴幚恚湓S用應(yīng)力在18Cr-8Ni鋼中最高，然而高的固溶溫度使這種鋼產(chǎn)生粗晶粒結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致蒸汽側(cè)抗蒸汽氧化能力降低?，F(xiàn)已開發(fā)出一種既可以采用較低的固溶處理溫度，使鋼具有較細(xì)的晶粒，又具有較高蠕變強(qiáng)度的TP347HFG鋼管。它不但有極好的抗蒸汽氧化性能，而且比TP347H粗晶鋼的許用應(yīng)力高20%以上。TP347HFG鋼的應(yīng)用對(duì)降低蒸汽側(cè)氧化是一個(gè)有前途的對(duì)策，已被廣泛應(yīng)用于超超臨界機(jī)組鍋爐過熱器、再熱器管。第22頁/共35頁第二十三頁，共35頁。HR3C是日本住友金屬命名的鋼牌號(hào)，在日本JIS標(biāo)準(zhǔn)中的材料牌號(hào)為SUS310JITB，在ASME標(biāo)準(zhǔn)中的材料牌號(hào)為TP

17、310NbN。HR3C鋼是TP310耐熱鋼的改良鋼種(gngzhng)，通過添加元素鈮（Nb）和氮（N），使得它的蠕變斷裂強(qiáng)度提高到了181MPa。正是由于該鋼種(gngzhng)的綜合性能較TP300系列奧氏體鋼中的TP304H、TP321H、TP347H和TP316H和任何一種都更為優(yōu)良，所以在TP347H耐鋼乃至新型奧氏體耐熱鋼Super304HTP347HFG鋼不能滿足向火側(cè)抗煙氣腐蝕和內(nèi)壁抗蒸汽氧化的工況，應(yīng)選用HR3C耐熱鋼。第23頁/共35頁第二十四頁，共35頁。為了進(jìn)一步細(xì)化晶粒，從20世紀(jì)60年代開始，研究開發(fā)了控制軋制技術(shù)。所謂控制軋制技術(shù)，是在比常規(guī)軋制溫度低的條件下，采

18、用強(qiáng)化壓下變形和控制冷卻等工藝措施來提高熱軋鋼材的強(qiáng)度和韌度等綜合性能的軋制方法。實(shí)際工程中，通常采用鐵水的預(yù)處理、精煉和爐后對(duì)鋼水的純凈處理，使鋼的純度大幅度提高。然后通過控制軋鋼時(shí)鋼壞的加熱溫度；控制軋制變形的溫度區(qū)間、變形速度、加大成形后的冷卻速度等措施，迫使形變后的奧氏體在再結(jié)晶后晶粒沒有長大的機(jī)會(huì)，或者不讓它再結(jié)晶，甚至使形成的鐵素體發(fā)生形變和再結(jié)晶來獲得(hud)晶粒度極細(xì)小的鐵素體組織。用這種方法獲得(hud)強(qiáng)度高、韌性好的鋼材。在微合金控軋技術(shù)的研究開發(fā)中還明確，Nb等微合金化元素(yun s)不僅能有效地提高再結(jié)晶起始溫度，更由于它們是強(qiáng)碳化物、氮化物形成元素(yun s)，在奧氏體形變過程中，在適當(dāng)溫度下會(huì)以極微細(xì)的質(zhì)點(diǎn)析出，一方面起到阻止奧氏體晶粒長大的作用；一方面成為眾多鐵素體轉(zhuǎn)變核心，利于獲得更細(xì)的鐵素體晶粒。一系列低碳低合金的高強(qiáng)度、高韌度