[发明专利]改善Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝及改善其组织与性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝及改善其组织与性能的方法。

背景技术

随着超超临界机组的发展，为满足电站锅炉高温部件对材料的要求，具有高持久强度、组织稳定性好、耐高温腐蚀等性能优良的新型奥氏体耐热钢材料相继诞生。工作在600～650℃蒸汽温度下的过热器和再热器高温段的材料为Super304H奥氏体耐热钢。为解决我国对其完全依赖进口的现状，必须同步实现Super304H钢管及其配套焊丝的国产化。

有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝及改善其组织与性能的方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种改善Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝及改善其组织与性能的方法。

本发明改善Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝组织与性能的方法，包括：

选取三种不同成分的焊丝熔敷金属进行测试和分析了熔敷金属的化学成分、显微组织和力学性能以及高温持久条件下的组织转变，选取出基本性能良好的焊丝，通过该焊丝焊接了Super304H钢管，分析了焊接接头的显微组织和力学性能，获得Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝改善方法：

焊态熔敷金属中的析出相为Nb(C,N)，铌元素的含量是决定铌相数量和尺寸的主要因素铌含量为0.28％的熔敷金属具有最佳的综合性能。

进一步地，具体包括：

焊缝金属的合金设计：根据奥氏体耐热钢焊丝设计经验和相关的理论计算，设计焊缝中部分元素的添加量为C 0.08～0.1％，Si 0.2～0.4％，Mn 3～3.5％，S≤0.003％，P≤0.003％，Cr 18～19％，Ni 15～17％，Mo 0.8～1％；确定焊缝中氮、铌元素的添加量分别为N 0.1～0.13％，Nb 0.55～0.7％或Nb 0.3％左右；设计焊缝中铜的添加量为3～4％；

进行焊丝熔敷金属的化学成分、熔敷金属的显微组织分析、铌、碳含量对Nb(C,N)相的影响、熔敷金属的力学性能的分析，其中熔敷金属的显微组织分析包括凝固亚晶界与铌相、凝固晶界；铌、碳含量对Nb(C,N)相的影响采用热力学理论计算和定量相分析两种方式进行；

熔敷金属在高温持久应力下的组织转变：

高温持久参数的确定，对熔敷金属的高温持久试验选取200MPa作为持久应力，考察其在650℃温度下的持久性能；

高温持久后的显微组织分析：凝固亚晶界与铌相、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，并进行相析出对耐蚀性的影响的分析；

Super304H钢管焊接接头组织与性能分析：

钢管接头的焊接；焊缝的化学成分分析；焊接接头的显微组织分析、接头的力学性能分析，其中焊接接头的显微组织分析包括：凝固亚晶界和铌相、迁移晶界、热影响区、晶界液化；

基于以上分析得到Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝组织与性能的改善方法，其中采用铌含量为0.28％的焊丝对Super304H固溶态钢管进行焊接，当焊接热输入控制在14kJ/cm以下时得到成形良好的焊接接头；为降低弯曲凝固晶界的能量，可在部分区域观察到晶界发生平直化的迁移晶界，迁移晶界穿过凝固亚晶的中心，在多道焊热循环的影响下，凝固晶界的实际迁移距离在5～15μm范围内；焊缝的冲击韧性与其熔敷金属的十分接近。热影响区和熔合线冲击韧性较高。

本发明Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝，其铌含量的质量百分比为0.28％。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

1、采用铌含量为0.28％的焊丝对Super304H固溶态钢管进行焊接，考虑母材对热裂纹的敏感性，当焊接热输入控制在14kJ/cm以下时得到成形良好的焊接接头。由于焊缝的成分与其熔敷金属相近，焊缝同样为全奥氏体组织，其析出相的数量、分布、形状和尺寸与其熔敷金属相似。

2、由于铌相稳定性高，受到焊接二次热循环影响的焊缝区域，凝固亚晶界发生了一定程度的溶解，但分布其上的铌相并没有完全溶解。为降低弯曲凝固晶界的能量，可在部分区域观察到晶界发生平直化的迁移晶界，迁移晶界穿过凝固亚晶的中心。在多道焊热循环的影响下，凝固晶界的实际迁移距离在5～15μm范围内。