【正文】 ，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2） 工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術(shù)標準規(guī)范。 T23鋼是貝氏體耐熱鋼 ， 該鋼具有良好的力學性能及持久塑性 ， 適于制造工作溫度在 600℃ 以下的高溫過熱器、再熱器部件及鍋爐集箱、蒸汽導管等。 T23鋼由于其優(yōu)良的工藝性能、較高的持久強度 ， 將有廣闊的應用前景 ， 值得我國認真研究積極推廣應用。開發(fā)抗高溫性能更好的耐熱鋼是發(fā)展高效超臨界、超超臨界火電機組 (USC)的關鍵技術(shù)之一。例如在 31MPa／ 620℃蒸汽參數(shù)的 USC鍋爐水冷壁出口端的汽水溫度達 475℃。因此，以往在亞臨界和普通的超臨界機組中采用的鋼材已不能滿足要求，需要采用合金含量更高，熱強性更好的鋼材。因此，從工藝要求出發(fā) 。曼內(nèi)斯曼鋼管公司的 T91/P91 手冊）。因此必須開發(fā)具有高蠕變強度 /許用應力并具有良好焊接性的新鋼種 。 隨著電站鍋爐向高參數(shù)、大容量、低成本、高效率方向的發(fā)展 ,對鍋爐受熱面材料也提出了更高的要求。 T23 作為一種介于 T22 與 T91 之間的新材料 ,于上世紀 90 年代后期開始在歐洲及日本多臺亞臨界、超臨界甚至超超臨界火電機組上得到應用。 如果膜式水冷壁壓力和溫度不能同時提高，那么提高新 型鍋爐蒸汽參數(shù)的可能性會受限制。如果仍采用傳統(tǒng)的鐵素體 — 貝氏體耐熱鋼 來制作，焊后就需要進行焊后熱處理。 重慶科技學院專科生畢業(yè)設計 1 前言 3 SA213T23 鋼管在鍋爐的應用前景 隨著電力發(fā)展的需要，電站鍋爐參數(shù)的 要求不斷提高，進而要求鍋爐受熱面管材和集箱管道材料具有更好的高溫強度、組織穩(wěn)定性、抗煙氣腐蝕性、抗蒸氣氧化性、焊接性和加工成形性。 但是 鋼和 T91鋼之間的強度差別太大，在 560℃以上，后者高溫 持久強度是前者 2倍多，在此溫度區(qū)間用， T91取代 SA213T22 (以下稱 T22)，由于兩者價格相差較大，勢必帶來很大的浪費。在鍋爐的高溫集箱和主蒸氣管道用材方面，我國一直使用 12CrlMoV 材料，其使用溫度為 550℃ 以下，該材料用于蒸氣溫度為 538℃ 的亞臨界鍋爐時，已接近其最高使用溫度，且壁厚已達110mm。 重慶科技學院?？粕厴I(yè)設計 2 SA213T23鋼管的綜合性能 4 2 SA213T23鋼管的綜合 性能 SA213T23 鋼管 的成分 和 性能 SA213T23鋼是 日 本住友公司新開發(fā)的鋼種。 ASME code case 21991 規(guī)定 SA213T23 鋼的化學成分 (表 )、力學性能 (表 )許用應力 (表 ) 及 T23 主要物理性能（表 ） 。 表 SA213T23鋼的化學成分 元素 C Si Mn P S Cr Al 含量 ≤ ≤ ≤ ≤ 元素 Mo V W Nb B N Ti/Ni 含量 ≤ . 注 :表中 表 力學性能 抗拉強度 (MPa) %屈服強度 (MPa) 延伸率 (%) 硬度 510min 400min 20min HB≤ 220 表 材質(zhì) 種類 項目 500℃ 525℃ 550℃ 575℃ 600℃ 625℃ SA213T23 鋼管 許用應力 125 110 89 71 53 34 10萬小時持久強度 187 164 133 106 79 51 10萬小時持久強度 156 138 111 89 66 43 SA335P23 管道 許用應力 118 101 84 68 52 31 10萬小時持久強度 176 151 125 101 78 46 10萬小時持久強度 148 126 105 85 65 39 表 T23的主要物理性能 溫度℃ 參數(shù) 50 100 200 300 400 500 600 650 重慶科技學院?？粕厴I(yè)設計 2 SA213T23鋼管的綜合性能 5 表 （續(xù)） 彈性模量 GPa 206 203 196 189 181 171 160 154 熱傳導率 W/(m?k) 線膨脹系數(shù) 1/(106℃ ) 密度 g/cm3 —— —— —— —— —— —— —— 由 以 上表中可以看到， T23 鋼與我國在 20 世紀 60 年代開發(fā)的鋼 102 (12Cr2MoWVTiB)有近似的合金系統(tǒng)和含量，它是在 T22 鋼的基礎上加入了鎢，減少了鉬，把碳含量降低到了 ％～ ％。它們在 600℃時的蠕變斷裂強度達到 T22 鋼的 倍。實踐證明，當鋼材的厚度超過 10mm 時，需要加大正火冷卻速度 (水冷卻 )，以保證最佳的力學性能。 V、 Nb 元素的作用 V 固溶于鐵素體中 ， 以細小、彌散 V4C3析出 ， 阻止了鐵素體晶粒在加熱過程中的長大。當同時加入 Nb和 V時Nb 的作用比 V大。 C 元素的作用 ① 從鋼的熱強性來考慮 ， 碳含量不應太低 ， 但碳含量高的鋼在高溫長期應力的作用下 ， 加速了合金元素的擴散速度 ， 使得合金元素在固溶體中貧化 ， 并且使碳化物顯著長大 ， 從而降低了鋼的熱強性。由于這時針狀 （ 或板條狀 ） 鐵素體內(nèi)及板條間均沒有連續(xù)的滲碳體 ， 因此 ，這 種形態(tài)貝氏體韌性極佳 。 微量 Nb 和 B 的綜合作用 微量鈮與碳、氮、硼在貝氏體內(nèi)形成 Nb（ C、 N、 B） 類析出物 ， 進一步強化貝氏體。鋼加入少量的鈦 （ 約 %） 它既脫氮保護硼 ， 又通過微細 TiN 析出控制奧氏體晶粒的快速長大。T23 鋼熱處理考慮八個參量 ： 正火加熱速率、正火加熱溫度、正火加熱時 間， 正火冷卻重慶科技學院?？粕厴I(yè)設計 2 SA213T23鋼管的綜合性能 7 速率、正火冷卻溫度、回火加熱溫度、回火加熱時間、回火冷卻速率。 正火工藝的影響 奧氏體化溫度對熱強鋼性能有顯著的影響 ， 隨著奧氏體化溫度提高 ， 耐熱鋼的熱強性增加。提高奧氏體化溫度可以引起 a 固溶體合金化程度增加、晶粒尺寸增大、回火或使用過程中碳化物在基體上析出數(shù)量的增加及組織改變等 ， 這些因素的改變對耐熱鋼的熱強性有一定 的影響。因 此， 奧氏體晶粒度不僅對室溫強度 ， 而且對高溫持久強度也有一個最佳范圍。在回火過程中 ， 隨回火時間的延長及溫度的提高 ， 已析出的碳化物將聚集長大。 T23 鋼的回火溫度一般為 760～ 790℃。 在 600 ℃經(jīng) 730h、 1929h 和 h 蠕變斷裂的試樣以及在 650℃經(jīng)279h、 1781h、 5109 h 蠕變斷裂的試樣，分別測試其硬度和觀察它們的顯微組織。硬度測定結(jié)果也反映出類似的變化規(guī)律 [圖 (b)]。此外，在晶界和晶內(nèi)還有一些較大的類似于球形和棒狀的沉淀相析出，衍射斑點分析結(jié)果表明為 M23C6型碳化物。 TEM 衍射斑點分析結(jié)果表明，蠕變斷裂后析出物仍以M23C6和 MX 為主。在 600℃蠕 730h 時的變化較小，貝氏體鐵素體基體基本保持原形貌，小島中的板條馬氏體寬度略微增加。 (a)供應狀態(tài)； (b)t=730 h； (c) t=1929 h； (d) t= h 圖 供應狀態(tài)及 600℃ 蠕變狀態(tài)下國產(chǎn) T23鋼的 SEM 照片 重慶科技學院?？粕厴I(yè)設計 2 SA213T23鋼管的綜合性能 10 (a)t=1929 h； (b)t= h 圖 經(jīng) 600℃ 蠕變后 T23鋼的顯微組織 ③ 550℃及 650℃持久試驗 550℃ 、 650℃蠕變后的微觀組織演變規(guī)律與 600℃蠕變時相似，但隨溫度升高，組織演變進程加快。 3) 組織演變對性能的影響 國產(chǎn) T23 鋼的持久強度較高，是因為采用了多元復合強化。另外，鋼中大量位錯產(chǎn)生的強化作用也可有效提高其強度。組織觀察可見，高溫蠕變后， T23鋼中的 M23C6 碳化物積聚、長大，且有少量 M6C 碳化物生成，這將促使晶內(nèi)合金元素貧化。 重慶科技學院專科生畢業(yè)設計 2 SA213T23鋼管的綜合性能 11 通過以上分析可知，國產(chǎn) T23 鋼在高溫和 應力下，由于多種因素的綜合作用致使其性能下降，但在整個蠕變斷裂過程中，各種因素的影響程度不盡相同。隨蠕變斷裂時間的延長， M23C6 繼續(xù)粗化，同時貝氏體鐵素體基體和小島中板條馬氏體回復及再結(jié)晶的共同作用加速了性能的下降。當蠕變斷裂時間僅 1781h 時，組織中已有較多的亞晶，因而性能下降快。尤其當蠕變斷裂溫度較高時，貝氏體鐵素體基體和小島中板條馬氏體的回復、再結(jié)晶開始較早，對性能下降的影響提前。隨蠕變斷裂時間的延長，位 錯密度降低，M23C6 碳化物聚集、長大，蠕變斷裂時間增加到一定時，有少量 M23C6 轉(zhuǎn)變?yōu)?M6C。但蠕變溫度升高，組織演變進程加快，尤其在 650℃時， T23 鋼的組織演變和性能下降快，因此應盡量避免在此溫度下使用。 T23 鋼具有焊縫韌性低以及焊縫韌性對焊接工藝參數(shù)敏感的特點。 SA213T23 的焊接接頭性能分析 焊接裂紋敏感性 由于降低了含碳量 (碳被控 制在 ％ 以下 )，并嚴格限制硫、磷含量。在臨界溫度范圍內(nèi)提高焊后回熱溫度、延長回火時間有利于提高焊縫韌性。 焊縫的 δ 相 δ 相不僅惡化鋼的韌性而且還降低鋼的蠕變強度。對于焊接來說，大的焊接線能量將導致數(shù)量較多的 δ 相，此時，焊縫不但韌性差，而且蠕變強度惡化。這里首先采用焊接性間接估算法，按照鋼材碳當量公式計算。 焊縫的未熔合 SA213T23鋼屬于 2． 25Cr1． 6WMo鋼，常溫金相組織為貝氏體，含有較高成分的 W元素，并且 W的熔點較高，使得熔敷金屬在熔化時粘度提高，因此，要求焊工在焊接操作時一定要注意母材和焊材的熔化程度，保證根部和層 間 熔化良好。 焊接材料及規(guī)格 焊接材料為德國伯樂蒂森的焊絲 Union I Cr2WV，規(guī)格Φ ， Ar純度≥ ％。坡口角度≥ 30176。在室溫 25℃下進行焊接 , 采取焊前不預熱 , 焊后不做熱處理 , 焊后自然冷卻 , 保持層間溫度不高于 350℃。 熄弧時 , 應填滿弧坑將熔池逐漸縮小并移向焊縫邊緣處收弧。施焊過程中，引燃電弧形成熔池后，要注意觀察熔池的尺寸，并及時添加焊絲。經(jīng)過對 T23鋼進行多次不同正火溫度和不同回火溫度的試驗研究和比較 ， 選擇了對 T23鋼管 1050～ 1080℃保溫 20min以上正火及760～ 790℃保溫 60min以上回火的熱處理制度 ， 熱處理后 T23鋼管的常溫組織是粒狀貝氏體。 焊接材料 選 為德國伯樂蒂森的焊絲 Union I Cr2WV。 拉伸試驗 1個試樣的抗拉強度為 587MPa，斷裂位置離焊縫 12mm； 另一個試樣的抗拉強度為612MPa， 斷裂位置離焊縫 21mm。 沖擊試驗結(jié)果及焊接工藝改進 1） 沖擊試驗結(jié)果 沖擊試驗采用小試樣 (5mm寬 )室溫下進行，缺口中心分別開在焊縫區(qū)、熱影響區(qū)及母材上，缺口形式為 V型?？紤]到工程中的實際情況，采用氧一乙炔火焰烘烤后用保溫材料包好冷卻，試件的沖擊值依然較低