超超临界锅炉用奥氏体耐热钢HR3C的脆化机理

结合室温、高温冲击试验及700℃时效试验,利用光镜、扫描电镜、透射电镜、电子探针等手段对服役态及供货态典型奥氏体耐热钢HR3C的脆化机理进行了研究。结果表明,服役近4万小时后HR3C钢室温及650℃均出现了明显脆化现象,冲击韧性大幅度下降,700℃时效试验结果与此类似。组织分析表明,服役近4万小时的HR3C钢在晶界析出连续片状分布的M_(23)C_6相、沿晶界向晶内生长出针(条)状M_(23)C_6相、晶界周边析出纳米级立方状M_(23)C_6相及弥散Nb Cr N相,Cr、C,P、S 4种元素在晶界明显偏聚。在700℃时效不同时间后相关试验表明HR3C钢在冲击韧性快速下降阶段微观组织中碳化物在晶界已成连续片状分布,未见其余析出相,晶界仅有微量S元素偏聚。M_(23)C_6在晶界的连续片状析出是造成HR3C钢时效脆化的主要原因。     

超超临界锅炉用新型奥氏体耐热钢HR3C的高温时效脆化研究

通过冲击性能试验、光镜、透射电镜和扫描电镜等方法对超超临界机组用新型奥氏体耐热钢HR3C经650℃时效不同时间后的冲击韧度和显微组织变化进行了研究。结果表明,HR3C钢在650℃时效过程中具有较明显的时效脆化倾向,时效500 h后冲击韧度由时效前的351.7 J/cm2降低到40 J/cm2以下,而后随着时效时间的延长(直至6000 h),冲击韧度基本稳定在20～25 J/cm2;HR3C钢长时时效后的断裂形式主要是以沿晶断裂为主的脆性断裂;时效初期HR3C钢冲击韧度降低的主要原因是由于沿晶析出较多网状M23C6和少量σ沉淀相造成的;时效后期,M23C6出现聚集、球化、长大,但由于σ相的析出量增加,使该钢时效6000 h后的冲击韧度仍保持在较低的水平。     

超超临界锅炉用HR3C钢的σ相析出行为研究

利用OM,SEM和TEM研究了一种超超临界用HR3C钢在700和750℃长期时效至2000 h过程中σ相的析出行为,借助相计算方法探究了影响σ相析出的因素.结果表明,HR3C钢在700和750℃时效1000 h就有不规则块状第二相在晶界析出,且随时效时间延长而增多和粗化;EDS分析表明该相主要含Fe和Cr,结合SAED的分析结果最终确定其为σ-FeCr金属间化合物;通过相计算方法对初始态HR3C钢进行分析认为,显微组织或相结构等差异可能是影响后续σ相析出行为的原因.     

电站锅炉用HR3C新型奥氏体耐热钢的激光焊接

超(超)临界电站锅炉用新型铁素体、奥氏体耐热钢对传统焊接技术提出了挑战.激光焊接技术作为一种可靠高效的先进焊接方法,为此类钢的焊接提供了经济可行的解决办法.采用窄间隙激光填丝焊接技术,研究了10 mm厚HR3C新型奥氏体耐热钢管的激光焊接性,并对接头显微组织及高温持久强度进行了分析.试验采用3 500 W Slab CO2激光器,填充焊丝为T-HR3C.结果表明,通过优化激光焊接工艺参数,可以获得X射线探伤和渗透检验合格的焊接接头;焊缝具有明显的沿中心对称形态,以细小的柱状晶为主,混夹着少量细小的等轴晶;热影响区晶粒没有明显长大,焊缝与母材的显微硬度相当,没有明显的软化区;焊态下的激光焊接接头高温持久强度较固溶处理的热丝TIG焊接头有明显提高.     

超超临界汽轮机转子用耐热钢研究进展

简述了汽轮机转子用铁素体耐热钢的发展历程。总结了对超超临界汽轮机转子用耐热钢的性能要求。根据欧洲COST项目中汽轮机转子用耐热钢研究的进展,介绍了620℃等级超超临界高、中压转子用FB2耐热钢的研发和应用。论述了超超临界低压转子用超纯净30Cr2Ni4MoV钢在国内外的研究和发展状况。展望了我国700℃超超临界转子用材料的研发。     

新型奥氏体耐热钢HR3C的焊接

随着超超临界(USC)机组的发展,一批高热强性、高抗腐蚀性的新型耐热钢材料被广泛应用。通过研究HR3C材料性能和进行焊接工艺试验,从而初步确认该材料的焊接性与TP347H材料的焊接性相近。针对HR3C材料在焊接过程中存在的主要问题,从坡口形式的选择、焊前清理与焊接过程的保护、焊接材料的选择、焊道布置、预热温度与层间温度的控制、采用适当的焊接操作技术等多方面考虑并制定可行的焊接工艺,从而保证焊接质量。     

高温时效对超超临界锅炉用HR3C钢接头微观结构及力学性能的影响

利用高温蠕变持久试验机,对超超临界(USC)机组锅炉用HR3C钢接头设计进行650℃,54.6 MPa.1000 h 的高温加载时效试验,对比分析了未时效与时效的 HR3C 钢接头微观结构和力学性能特征,结果表明,HR3C 钢接头母材区和焊缝区高温加载时效后脆化显著,焊缝区冲击韧性仅剩20kj/cm2,断裂几乎呈完全脆...     

新型锅炉用耐热钢的研究进展

为提高火力发电机组效率,国外近年来研究开发了一批综合性能良好,持久强度很高的新型锅炉用耐热钢。本文着重分析了有良好前景的低合金耐热钢ＨＣＭ２Ｓ,中合金耐热钢改良型９Ｃｒ－１Ｍｏ和奥氏体耐热钢Ｓｕｐｅｒ３０４Ｈ。     

HR3C奥氏体耐热钢的高温变形行为

通过Gleeble 1500D热力模拟实验机对HR3C奥氏体耐热钢进行单道次压缩试验,研究其高温变形行为。热变形温度为950~1250℃,应变速率范围0.001~1.0 s-1。结果表明,HR3C的流变应力随变形速率的降低和变形温度的升高而降低。变形温度越高,动态再结晶越容易发生;动态再结晶晶粒尺寸随温度的升高而增大,随变形速率的增大而减小。通过计算和回归分析得出HR3C钢的热激活能(558 k J/mol)和热变形本构方程;峰值应力与Z参数呈线性关系。     

国产HR3C耐热钢的蠕变断裂研究

HR3C钢是一种新型的奥氏体耐热钢,主要应用于超临界和超超临界机组的过热器和再热器。本文针对国产HR3C耐热钢,进行了持久强度试验,并通过分析蠕变断口的微观形貌,对其蠕变断裂进行了探讨。采用外推法计算出该钢105 h的持久强度极限为104.98MPa。相应的断口观察显示,HR3C钢的蠕变断裂类型属于沿晶断裂。     

新型奥氏体耐热钢HR3C焊接工艺及接头性能研究进展

新型奥氏体耐热钢HR3C研发的焊材有配套焊材YT-HR3C和替代Ni基焊材(ERNiCrCoMo-1、ERNiCr-3和ERNiCrMo-3等),为了防止焊接过程中产生热裂纹,需要严格控制焊接工艺,重点是控制层间温度小于等于100℃。在不同温度下随着时效时间的进行,焊接接头的焊缝组织未发生变化,为单一奥氏体组织(γ相),而析出相Cr_(23)C_6、CrFe_7C_(0.45)、(Cr,Fe)_7C_3、CrNbN和富Cu相的数量、形态和分布发生变化,其中Cr_(23)C_6的大量析出导致接头冲击功急剧下降,表现出时效脆化现象。针对HR3C的焊材、焊接工艺和焊接接头性能的研究进展进行综述。     

超超临界机组用T92/HR3C异种钢焊接接头性能研究

采用HIG-370镍基焊丝,利用手工钨极氩弧焊方法焊制T92/HR3C异种钢焊接接头,并对接头进行拉伸、弯曲、冲击和硬度试验.结果表明,采用HIG-370镍基焊丝作为填充金属,根据制定的焊接工艺进行焊接,获得了强度、塑韧性良好的T92/HR3C异种钢接头,说明所制定的焊接工艺是适宜的.     

高温服役4.2万小时超超临界机组用HR3C钢组织与性能

采用X射线衍射分析仪、光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及拉伸、弯曲力学性能试验对高温服役4.2万小时超超临界机组用HR3C钢的微观组织与力学性能进行了测试表征。结果表明,高温服役后HR3C钢中形成了Cr Nb N,M23C6,Nb(C,N)析出相,受热力学驱动和动力学生长因素影响,各析出相具有不同的数量、形态和分布特征。由于服役过程中形成的析出相的影响,高温服役后HR3C钢塑韧性明显降低,表现时效脆化倾向。     

电站锅炉用HR3C钢管表面裂纹临界尺寸

以供货态和650℃(外管壁温度)服役18644 h的HR3C钢炉管为对象,采用实验及模型计算相结合的方法,获得HR3C钢管表面裂纹失稳扩展的临界尺寸,用于定量化评估服役HR3C钢管的可靠性.结果表明,供货态和服役态HR3C钢炉管室温及650℃时的K1C值分别为16.06、2.38 MPa·m1/2,以及7.92、1.2...     

超超临界火电用奥氏体耐热钢的热变形行为

利用Gleeble-3500热力模拟试验机研究了奥氏体耐热钢Super304H在变形参数950～1100℃、0. 01～1 s-1条件下的热加工性能。根据流变应力曲线,推导出Super304H奥氏体耐热钢的Arrhenius型本构模型并构建了耦合应变量因素的改进型本构模型。基于动态材料模型(DMM)构建了Super304H的热加工图,给出材料的建议热加工参数区间。结果表明:较低应变速率、较高温度对应的流变应力值较小,流变应力曲线的动态再结晶特征也更为明显。依据所构建的本构模型,得到材料在实验参数条件下的流变应力预测值与实验值的相关系数R为0. 99306,平均相对误差δ为3. 046%,说明所构建耦合应变量因素的本构模型具有良好的预测能力。Super304H奥氏体耐热钢的可加工区间为:1060～1100℃、0. 01～1. 8 s-1。     

超超临界火电机组用新型耐热钢VM12的开发

随着电力工业的发展,对新建热电厂的要求是既要热效率高又要污染物排放少。亚临界火电机组在蒸汽压力22．1MPa以下运行,达不到最佳热效率：而超临界及超超临界火电机组因蒸汽压力（25-30MPa）和温度（560～600℃）的升高,使得发电效率明显提高。据预测：今后几年,水蒸气循环效率高、二氧化碳排放量少的超临界和超超临界火力发电机组的数量将大大增加。这些现代化机组的装机容量将占到热电机组装机容量的60％,而目前仅为40％。     

超超临界锅炉水冷壁T23耐热钢焊接接头失效分析与预防

通过宏观检查、化学成分分析、断口形貌分析、金相检验、室温硬度试验,对锅炉水冷壁泄漏原因进行了分析。结果表明:水冷壁鳍片角焊缝产生的裂纹为穿晶断裂,产生的原因与焊接过程控制不当有关。     

HR3C耐热钢在高温蠕变过程中微观组织演变分析

利用OM、XRD、EDS和TEM对高温蠕变试验后的HR3C耐热钢试样的微观组织、析出相和裂纹进行了研究。结果表明:HR3C奥氏体耐热钢原始奥氏体组织中分布有细小、弥散的CrNbN第二相;在700℃高温蠕变试验中,随着试验时间的延长,HR3C耐热钢中将不断从奥氏体晶界析出大量的(Fe,Cr)_(23)C_6相;当应力大于110 MPa时,应力大小是影响高温蠕变试验中试样断裂的主要因素,断裂方式属于穿晶断裂,而应力小于110 MPa时,引起HR3C断裂的主要因素是沿晶析出的(Fe,Cr)_(23)C_6析出相,断口属于沿晶断裂;当表面具有较多数量大尺寸晶粒与小尺寸晶粒配合时,有利于抑制裂纹的萌生和扩展,提高HR3C耐热钢的高温蠕变寿命。     

超临界锅炉用材料的高温腐蚀研究进展

合金材料的耐高温腐蚀性能研究在先进超临界火电机组的发展中占有相当重要的地位,随着锅炉参数的提高,高温腐蚀逐渐成为合金材料使用寿命的主要制约因素。从三种主要的超临界锅炉合金材料出发(铁素体耐热钢、奥氏体耐热钢以及镍基高温合金),综述了常用的锅炉用高温合金材料及其高温腐蚀研究,包括在不同环境中的腐蚀,如SO_2气氛、KCl蒸汽、Na_2SO_4盐膜以及NaCl盐膜对高温腐蚀的影响;合金元素以及锅炉温度对高温腐蚀的影响。通过对腐蚀产物形貌、结构及元素分布的总结,对已有的研究成果进行了分析比较,发现大多数合金的腐蚀产物出现了分层现象,并且腐蚀过程中氧化-硫化过程交替进行,导致S元素的侵入以及腐蚀产物层的松动。讨论了腐蚀过程从萌生到加速腐蚀的历程机理,总结了锅炉不同高温腐蚀类型(焦硫酸盐腐蚀、复合硫酸盐腐蚀及氯化物腐蚀)。最后展望了未来高温腐蚀研究在超临界锅炉领域的发展方向。     

基于工程应用的HR3C奥氏体耐热钢焊接材料选用原则探讨

探讨了工程应用中HR3C钢焊接材料的选用原则。结果表明,在工程条件下,HR3C钢使用的焊接材料多为"异质焊缝"型。选用优质、合适的焊接材料和优化的焊接工艺,是控制和改善该钢焊接性的重要技术手段。所谓异质焊缝的"组织匹配"原则,即采用Ni-Cr-Co-Mo合金系的镍基奥氏体焊缝,保证接头获得满意的综合使用性能(含高温性能)和焊接性。工程上实用的工艺方法为GTAW,典型焊接材料的综合性能指标优势明显。