焊接工艺对690镍基合金焊丝熔敷金属高温失塑裂纹敏感性影响研究

针对690镍基合金熔敷金属高温失塑裂纹敏感性问题,采用基于Gleeble-3500热力耦合试验机的STF试验,开展焊接工艺对国产化690镍基合金焊丝WHS690M熔敷金属高温失塑裂纹敏感性的影响研究,并与进口Inconel 52M焊丝试验结果进行对比分析。试验表明,熔敷金属高温失塑裂纹最小临界应变出现在1 050℃附近,焊接热输入对最小临界应变影响较小,相比于大面积堆焊熔敷层,对接焊缝熔敷金属临界应变降低,高温失塑裂纹敏感性提高。     

Inconel 690镍基合金焊接研究进展

Inconel 690镍基合金是一种面心立方结构的高温合金,具有优异的耐高温及耐腐蚀性能,被广泛应用于核电、石油化工和航空航天等领域。文中主要从焊接方法、凝固裂纹敏感性和高温失塑裂纹敏感性三个方面对Inconel 690镍基合金的焊接研究现状进行了总结和分析。传统熔化焊方法焊接Inconel 690镍基合金时易引起晶粒粗大、元素偏析并增加裂纹敏感性,而能量密度高的激光焊有望解决此类问题,然而相关研究较少;对铌的最佳含量范围存在很大分歧,析出相诱导机制的机理尚未明确,从工艺角度改善凝固裂纹和高温失塑裂纹的研究仍需进一步研究。     

硫致低碳钢焊接高温失塑裂纹

通过热裂试验和热塑性试验证实,低碳钢焊缝金属中存在结晶裂纹和离温失塑两类裂纹;脆性温度区间分别为1480～1450℃和1100～850℃。高温失塑裂纹表面形态是:沿晶塑性和带孔洞的光滑面,韧窝和孔洞中有(Mn、Fe) S夹杂物。增锰可以消除这种裂纹。对结晶裂纹和高温失塑裂纹的产生条件和形成原因进行了分折。提出硫在晶界的偏析和(Mn、Fe)S 沉淀,引起微裂纹的形成和集聚,产生塑性低落,可能是低碳钢焊缝金属中失塑裂纹形成的原因。     

镍基材料焊接中高温失塑裂纹DDC的生成机理及研究进展

综述了镍基高温合金焊接中高温失塑裂纹(DDC)的生成及最新研究进展,讨论了镍基高温合金焊接过程中评价DDC的几种主要试验方法并着重对最适合于DDC敏感性研究的STF试验进行了详细的叙述,同时综述了高温失塑裂纹的生成机理,影响高温失塑裂纹的因素以及降低DDC敏感性的一些措施。通过综述结果表明降低DDC敏感性的主要措施是采用合适的合金体系和配合合适的焊接工艺。通过合适的合金体系来控制晶界形貌,即一些特定的元素和C形成MC类碳化物并以析出物的形式均匀分布在晶界区域内,它们会有效钉扎晶界使晶界变得更加曲折,阻碍晶界的滑移以及晶粒的长大。使用使合金组织晶粒细化的焊接工艺以及相应后续处理使合金拥有很好的抗高温失塑裂纹的性能。     

基于微观组织的镍基合金焊接热裂纹判据

概述了镍基合金焊接热裂纹(结晶裂纹、高温失塑裂纹)的评价方法、产生原因和防止措施，结合核用690合金焊接材料的特点，采用大厚度裂纹试验方法研究了Laves相、MC和M₂(C,N)碳化物、MN氮化物对焊缝结晶裂纹、高温失塑裂纹的影响，提出了基于微观组织的镍基合金热裂纹判据，防止结晶裂纹判据为Laves相含量不大于0.9%(体积分数)，防止高温失塑裂纹判据为MC+MN+M₂(C,N)含量不小于0.18%，在此基础上，研制出新型690合金焊接材料—WHS693M焊丝。结果表明，焊丝抗裂性优良，熔敷金属力学性能满足三代核电主设备制造技术要求。     

镍基焊接材料高温失塑裂纹的研究现状及研究趋势

高温失塑裂纹DDC(Ductility Dip Cracking)是一种出现在奥氏体不锈钢、镍基合金、铜基合金和钛合金等许多工程材料中的显微裂纹。简单介绍了高温失塑裂纹的发展过程，重点论述了镍基焊材中该裂纹的试验方法和产生机理，简要分析了评价该裂纹的试验方法的优劣，并对其防止措施做了简单的介绍，最后对该裂纹的研究趋势做了展望。     

镍基高温合金的裂纹敏感性及微观组织分析

采用Gleeble热模拟试验机对Incone1690的填充材料FM-52M在高温失塑裂纹(DDC)敏感温度区间进行应变断裂(STF)试验,得到了不同温度下DDC裂纹出现的临界变形量,并解释了DDC裂纹机理.根据试验结果,DDC裂纹主要是由于高温时晶界弱化造成.探讨了晶界形貌和析出物在DDC的萌生与扩展过程中的作用.     

Inconel 740H合金原位高温拉伸微裂纹萌生扩展研究

利用自主研发的SEM原位高温拉伸台,研究了750℃高温条件下镍基高温合金Inconel 740H单轴拉伸变形过程中微观组织演变规律及微裂纹萌生与扩展机制。结果表明,在室温和高温条件下,Inconel 740H合金变形过程中晶界是主要的裂纹萌生源,但是在室温时微裂纹也会在晶内萌生。通过对原位变形机制的分析表明,750℃高温不仅降低了滑移系的开启能量,使更多的滑移系容易开动,而且弱化了晶界强度,使晶界具有弯曲和滑移的变形特性,从而增强了合金的塑性协调变形能力,但是却降低了合金的屈服强度和抗拉强度,高温同时也使合金晶界的相对强度弱化,导致微裂纹更易从晶界处萌生并扩展。     

镍基合金Inconel 740H和617B的组织稳定性和耐蚀性对比

对镍基高温合金Inconel 740H和617B在750℃和780℃进行了5000 h的时效及模拟燃煤环境腐蚀试验。使用透射电镜(TEM)、配备能谱(EDS)的扫描电镜(SEM)等对试样表面和截面微观组织进行了分析。结果表明,时效前Inconel 740H合金晶内的γ′相约为5 nm, 750℃和780℃时效后分别为70 nm和95 nm左右。617B合金时效前未观察到γ′相,时效后γ′相析出,并分别长大到100 nm和130 nm左右,说明Inconel 740H合金的组织稳定性比617B合金好。在750℃和780℃模拟燃煤环境的试验证明,Inconel 740H合金比617B合金具有更好的耐腐蚀性,617B合金目前还无法取代Inconel 740H合金。     

核电设备用690镍基合金气体保护焊丝国产化研究

针对核电设备用690镍基合金焊接材料依赖进口的现状,开展690镍基合金焊接材料的国产化研制。研制的690镍基合金气体保护焊焊丝WHS690M满足CAP1000及CAP1400核电站的要求,焊接工艺性良好,在不同焊接规范参数下,焊缝金属室温及高温力学性能波动较小,350℃抗拉强度≥485 MPa。对WHS690M及进口Inconel 52M焊丝熔敷金属进行高温失塑裂纹敏感性评估,并结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及电子背散射衍射技术(EBSD),对晶粒取向和晶界特征进行观察。试验表明,焊缝金属DDC最小临界应变出现在1 050℃附近,进口Inconel 52M最小临界应变约为2.1%,WHS690M最小临界应变约为3.2%。     

Inconel 740H在700℃关键部件验证试验平台中的性能演变研究

为了进一步评估700℃先进超超临界火电机组选材的可用性和选材方案的科学性,对在华能南京电厂700℃关键部件验证试验平台上运行的候选管样进行定期取样和检测。采用力学性能测试和显微组织分析相结合的方法,对不同运行时间(0、10 000、24 000 h)的Inconel 740H过热器管进行测试、对比和分析。结果表明:Inconel 740H在室温和700℃高温的屈服强度和抗拉强度随服役时间的延长缓慢降低;在运行10 000 h后,室温和高温冲击吸收功降幅显著,但当服役时间进一步延长至24 000 h时降幅较小。显微组织方面,随着服役时间的延长,Inconel 740H的变化主要表现在晶界碳化物M_(23)C_6的长大变多及晶内γ′相的粗化。总体来说,Inconel740H在运行24000h后的力学性能和组织的演化均趋于稳定。     

4种先进超超临界电站锅炉用高温合金高温腐蚀性能实验研究

目的研究Haynes 625、Haynes 617、Haynes 120和Inconel 740H四种先进超超临界电站锅炉用高温合金在高温模拟煤灰环境下的腐蚀行为及机理。方法利用XRD、SEM、EDS等分析手段对样品表面腐蚀产物进行微观分析。结果四种高温合金均具备一定的抗高温模拟煤灰腐蚀能力。未涂抹煤灰样品的腐蚀动力学遵循抛物线规律,说明所选高温合金在750℃的高温腐蚀行为主要受离子扩散控制。在涂抹模拟煤灰环境下,材料的氧化增重依次为:Haynes 617Haynes 625Inconel 740HHaynes 120。Haynes 625与Haynes 617腐蚀产物为双层结构的氧化物,氧化内层主要为富Cr氧化膜,氧化外层主要成分为(Ni,Mn)Cr_2O_4;Inconel 740H与Haynes 120表面未见双层结构氧化物。结论氧化物结构与合金中铬元素含量有关,同时与合金中附加元素(如钴元素)的含量和行为有一定联系。四种高温合金抗高温腐蚀性能从大到小依次为:Haynes 120Inconel 740HHaynes 625Haynes 617。与以往研究相比,并未发现腐蚀产物中存在S,表明腐蚀过程中腐蚀产物中的S来自于SO_2气氛,而非煤灰中的硫酸盐。     

3种700℃级超超临界燃煤锅炉备选高温合金煤灰腐蚀行为

研究了3种700℃超超临界燃煤锅炉备选高温合金Inconel 740,CCA 617,GH 2984在760℃现役机组煤灰腐蚀介质中的高温腐蚀行为。结果表明:镍基合金Inconel 740和CCA 617均能形成保护性的Cr2O3氧化膜,局部点蚀为其主要失效形式。点蚀区域氧化膜为多层结构,由外到内依次为Ni(Co)O、Cr2O3(TiO、Al2O3)以及少量内层硫化物;较高Cr、Al含量提高了Inconel 740合金的耐蚀性能;挥发性产物与氧化膜微区溶解降低了CCA 617合金氧化膜的致密性。GH 2984合金因含有较多的Fe未能形成保护性的氧化膜,氧化膜分层生长,且出现了严重的剥落现象。     

核级镍基合金焊接材料失塑裂纹研究现状

镍基合金及其焊接材料因具有优异的耐蚀性和高温力学性能,成为核电站关键设备中的关键材料,其焊接质量关系到核电站的安全运行。失塑裂纹(ductility-dip crack,DDC)是镍基合金中常见的一种微观缺陷,常常出现在多层多道焊中,因其尺寸小(长100μm左右)、难检测,成为核电站运行安全的潜在威胁。本文简要地回顾了核级镍基合金及其焊接材料的发展历程,从镍基600系列合金发展到690系列合金,解决了焊接接头晶间腐蚀裂纹问题,但对之引起的焊接DDC问题,从成分设计角度,开发了以Inconel 52、Inconel 52M和Inconel 52MSS为代表的焊接材料,焊接接头的DDC敏感性逐步降低,但此问题至今并未完全解决。介绍了DDC的微观特征及其敏感性评价方法,总结了目前比较认可的DDC开裂机制,从成分和微观组织角度分析了其影响因素,最后进行了展望。     

气化炉煤粉烧嘴Inconel 600开裂原因

采用宏观形貌检查、维氏硬度测试、金相检验、扫描电镜观察及能谱(EDS)分析,对某厂气化炉煤粉烧嘴(材质Inconel 600)头部开裂原因进行分析。结果表明,煤粉中硫杂质在高温条件下转变成气态硫化物,其引起烧嘴中心孔处的镍基合金优先发生高温硫腐蚀,并形成显微裂纹。在气化炉反复启停过程中,烧嘴中心孔处的显微裂纹在热应力作用下加剧扩展,导致烧嘴头部中心孔处最终出现宏观开裂。     

核级复合钢管道预堆边堆焊工艺优化及试验研究

从堆焊层的金相检验与组织分析、热处理工艺试验、堆焊层渗透检验(penetration test,PT)缺陷分析与控制三个方面开展核级复合钢管道预堆边堆焊工艺的优化及试验研究。首先,分别对预堆边隔离层、过渡层及保护层进行了宏微观缺陷与金相组织检查,重点掌握了复合钢各堆焊层的焊接性,并总结出了堆焊工艺的控制要点;然后,通过开展热处理工艺试验,使低合金钢母材侧过渡层热影响区(HAZ)获得了预期的回火索氏体组织,且过渡层各区的硬度值均理想。最后,针对加工后过渡层出现的PT缺陷开展分析与控制研究,确定了PT缺陷为高温失塑裂纹,并制定了控制裂纹缺陷的工艺措施,有效降低了高温失塑裂纹的产生。     

核用Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹产生机理研究

针对国际上核用Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹问题,利用扫描电镜、俄歇电子分析等方法对微裂纹断口微观组织形貌、特征点的成分进行研究.结果表明,Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹主要是结晶裂纹,原因是由S,P在晶界偏析引起的低熔点共晶物.通过对结晶裂纹的产生机理和影响因素的系统研究,指出Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹主要是由S,P引起的结晶裂纹,而不是只有DDC裂纹,通过定量分析S,P与裂纹关系,提出了防止微裂纹产生的条件,并制造出无微裂纹的HS690,HS690M焊丝.     

镍基合金焊缝DDC裂纹形成机制和调控研究进展

DDC裂纹即高温失延裂纹,也称高温失塑裂纹,是高温下存在于厚截面、多道焊的奥氏体不锈钢和镍基合金焊缝中的一种固态晶间裂纹.它发生在低于固相线的一定温度区间内,尺寸较小,表面上可能看不出来,但是它往往会成为其它裂纹,如疲劳、腐蚀疲劳等的起裂源,潜在危害很大.文中通过对核电设备用690合金焊接材料发展过程的跟踪,介绍了适合于DDC敏感性研究的STF试验方法,并从微观角度阐述了DDC产生的机制和降低DDC敏感性的方法.分析表明,提高抗DDC能力的主要途径是改变晶界形貌,在焊缝凝固结束阶段的枝晶区域形成骨架分布的MC类碳化物,有效钉扎晶界,阻碍晶界的迁移,使晶界呈扭曲状.凝固结束后在迁移晶界上析出的M23C6碳化物从微观上可以起到一定的钉扎晶界的作用和阻碍晶界滑移的作用,但对DDC抗力的提高有限.     

镍基合金焊接裂纹研究现状

近年来,镍基合金焊接件在航空航天、核电、火电和石油化工等工程领域的应用需求快速增长。本文介绍了镍基合金的分类以及镍基合金焊接方法的研究,由于成本以及技术等的限制,镍基合金的焊接主要采用熔化焊焊接方法。重点综述了镍基合金焊接裂纹的产生机理以及各元素对裂纹的影响。镍基合金熔化焊焊接过程中易产生4种焊接裂纹:结晶裂纹、液化裂纹、失塑裂纹和应变时效裂纹。总体上,结晶裂纹和液化裂纹产生机理已较为明确,焊接过程中低熔点液态薄膜的出现是结晶裂纹和液化裂纹产生的主要因素。失塑裂纹目前仍没有对其明确的定义,镍基合金失塑裂纹产生机理也存在着较大的分歧。镍基合金应变时效裂纹是沉淀强化镍基合金所特有的,裂纹产生与沉淀相的沉淀速率密切相关。杂质元素和添加元素对镍基合金焊接裂纹敏感性有着重要影响,元素的影响虽然已经进行了大量的研究,但元素单独或者协同对裂纹敏感性的具体影响仍需进一步的研究。     

Nb对690镍合金焊条熔敷金属DDC敏感性影响

采用应变开裂试验研究了Nb对Inconel 690焊条熔敷金属失塑裂纹敏感性的影响.结果表明,Nb在熔敷金属中主要以碳化物的形式存在于晶界上,起到了阻碍晶界滑移的作用,降低了材料DDC敏感性,但是当含量超过一定值以后,出现了局部液化现象,其最佳含量为1.73%.