【正文】 和雜質(zhì)含量，使其焊接性大大提高，允許焊前不預(yù)熱，焊態(tài)下熱影響區(qū)的最高硬度也在 350HV 以下。 T23 鋼正火后的回火溫度 為 760～ 790℃ 。當(dāng) V/C約為 4時(shí) ， 持久強(qiáng)度最高 ， 其原因也是 V4C3大量沉淀于晶內(nèi) ， 顯著地提高了晶內(nèi)強(qiáng)度 ， 使晶內(nèi)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于晶界強(qiáng)度 ， 但易形成晶界裂紋。 Nb（ C， N） 十分穩(wěn)定 ， 淬火時(shí)的殘留第二相一般是 Nb（ C， N） 。 T23 鋼的碳含量控制在 %以下 （ ～ %）， 目的是必要的碳含量主要起固溶強(qiáng)化作用 ， 同時(shí) ， 一部分碳原 子 將與釩、鈮、鈦?zhàn)饔梦龀鎏蓟?， 在高溫變形階段抑制再結(jié)晶 ， 在較低溫區(qū)起析出強(qiáng)化作用。 ③ 鋼的碳含量很低 ， 可焊性極佳 ， 一般不用預(yù) 熱 處理和 焊 后 熱 處理。在熱變形后 ， 這類化合物在奧氏體中會(huì)通過應(yīng)變誘導(dǎo)在位錯(cuò)線上析出 ， 由于尺寸效應(yīng) ，都趨向于偏聚到晶界區(qū) ， 從而明顯地阻礙變形后再結(jié)晶晶界的運(yùn)動(dòng)。鋼中的錳起固溶強(qiáng)化作用 ， 并阻礙先共析鐵素體的析出 。對(duì)該鋼來說 ， 由于有較好的導(dǎo)熱性和優(yōu)良的塑性 ， 正火冷卻的速率則應(yīng)保證得到的是貝氏體而不有珠光體及馬氏體等分解產(chǎn)物 。日本的藤田利夫等人曾研究過淬火溫度對(duì) 剛持 久強(qiáng)度的影響 ， 表 明 高的淬火溫度通常具有高的持久強(qiáng)度。一般地說 ， 奧氏體化溫度高 ， 晶粒尺寸就大 ， 同時(shí)影響固溶強(qiáng)化和析出硬化的合金元素的固溶量。低合金耐熱鋼隨著晶粒尺寸增大到某一范圍時(shí) ， 鋼的熱強(qiáng)性提高 ， 而持久塑性和沖擊韌性降低 ， 鋼的缺口敏感 性增加。所以 ， 奧氏體化溫度低時(shí) ， 持久強(qiáng)度低。 SA213T23 鋼管的 組織和 性能 試驗(yàn)材料及方法 試驗(yàn)所用 T23 鋼管試樣由 東方鍋爐 提供，其化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)， %)為： %、%、 %、 %、 %、 %、 B %、 N %、 %、 Si %、%、 S %、 P %。在 HD945光學(xué)洛氏維氏硬度計(jì)上測(cè)定其硬度，在 Nikon EPIPHOT 300 金相顯微鏡， S570 掃描電子顯微鏡 (SEM)和 JEM200CX 透射電子顯微鏡 (TEM)下觀察其組織。 圖 不同試驗(yàn)溫度下國(guó)產(chǎn) T23鋼的持久強(qiáng)度 (a)和硬度 (b) 圖 供應(yīng)狀態(tài)下 T23鋼的顯微組織 2) 顯微組織 ① 供應(yīng)狀態(tài) 供應(yīng)狀態(tài)下國(guó) 產(chǎn) T23鋼的組織為粒狀貝氏體，貝氏體鐵素體基體上有許多小島狀物質(zhì)。晶內(nèi)還有少量的二相 M7C3，其尺寸比 MX 大，但比M23C6小。隨蠕變斷裂時(shí)間 (t)的延長(zhǎng)， M23C6碳化物明顯粗化，但是當(dāng)蠕變斷裂時(shí)間延長(zhǎng)到 1929h后，粗化速率不大 (圖 )。蠕變斷裂時(shí)間延長(zhǎng)到 1929h時(shí)，貝氏體鐵素體基體由于回復(fù)、再結(jié)晶，開始出現(xiàn)少量亞晶，晶內(nèi)位錯(cuò)密度下降 [圖 (a)]。 TEM 觀察結(jié)果表明，貝氏體鐵素體基體中的小島在 550℃蠕變 10150 h后才很難保持板條馬氏體特征，而在 650℃蠕變 279h后，貝氏 體鐵素體基體就發(fā)生了回復(fù)和再結(jié)晶，開始出現(xiàn)少量亞晶，同時(shí)，小島上的板條馬氏體明顯寬化，并且在有些區(qū)域出現(xiàn)了回復(fù)，位錯(cuò)密度明顯下降。在長(zhǎng)時(shí)間蠕變過程中，固溶于鋼中的鎢含量比較高，而且鎢的固溶強(qiáng)化效果比鉬強(qiáng)，因而“加鎢減鉬”是有效提高國(guó)產(chǎn) T23 鋼固溶強(qiáng)化效果的重要原因。高溫下，隨著蠕變斷裂時(shí)間的延長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn) T23 鋼的強(qiáng)度和硬度逐漸下降，這主要與蠕變過程中組織演變有關(guān)。同時(shí)，粗大的 M23C6 型碳化物加速了空洞形成及裂紋發(fā)展，加速了鋼的斷裂。圖 T23 鋼在不同溫度的蠕變?cè)囼?yàn)中， M23C6碳化物的粗化、貝氏體鐵素體基體和小島中板條馬氏體的回復(fù)及再結(jié)晶對(duì)持久強(qiáng)度、硬度的影響。當(dāng)蠕變斷裂時(shí)間超過 1929h時(shí)， M23C6 繼續(xù)粗化的程度不明顯，此時(shí)對(duì)性能下降起主導(dǎo)作用的因素是貝氏體鐵素體基體和小島中板條馬氏體的回復(fù)及再結(jié)晶。隨著蠕變斷裂時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)， M23C6 的粗化不再明顯，此時(shí)導(dǎo)致性能下降的主要原因是貝氏體鐵素體基體和小島中板條馬氏體的回復(fù)及再結(jié)晶。因此，降低 M23C6 碳化物的粗化速度，推遲貝氏體鐵素體基體和小島中板條馬氏體的回復(fù)、再結(jié)晶，都有助于減緩 T23 鋼在高溫蠕變過程中的性能下降。 ② 高溫應(yīng)力作用下，蠕變斷裂時(shí)間較短時(shí)， M23C6 碳化物的粗化對(duì)國(guó)產(chǎn) T23 鋼性能下降起主導(dǎo)作用。 重慶科技學(xué)院?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì) 3 SA213T23的焊接性及接頭性能分析 13 3 SA213T23 的焊接性 及接頭性能 分析 SA213T23 鋼的焊接性分析 根據(jù) ASME 標(biāo)準(zhǔn)， SA213T23 鋼屬于 ，屬于低碳微合金化的控軋鋼和細(xì)晶粒鋼，經(jīng)正火 +回火供貨狀態(tài)下 SA213T23 鋼的微觀組織為回火貝氏體 馬氏體及優(yōu)化處理后的沉淀析出物。采用全氬弧焊和手工電弧焊得到焊接接頭沖擊韌性是不一樣的，根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)焊接厚度為 15mm 的 T23 鋼，若用 GTAW 方法焊接，即使在焊態(tài)下 它的韌性也是優(yōu)良的，在 0℃的韌度還在 200J/cm2 以上，它的脆性轉(zhuǎn)變?cè)?10℃左右。從而減少形成裂紋的傾向。選擇含鈮、 釩較低、含鎳量較高的焊接填充金屬也有利于確保焊縫的韌性。因此必須限制焊縫中的 δ 相。 那么在此鋼的焊接中，對(duì)這些合金元素的保護(hù)是首要考慮的問題，在焊接中燒損這些合金元素就意味著失去了，它應(yīng)有的特性，同時(shí)形成了焊縫與母材之間金屬元素含量的梯度 ，焊縫處 的機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)也是薄弱環(huán)節(jié)，最終導(dǎo)致焊 縫的失敗 。 Ceq(JlS)=C+Mn／ 6+Si／ 24+Ni／ 40+Cr／ 5+Mo／ 4+V／ 14— 0． 06+0． 51／ 6+0． 23／ 24+2． 1／ 5+0． 14／ 4+0． 219／ 14— 0． 63％ O． 4％。 根層焊縫金屬氧化 焊縫中的 Cr、 Mo、 V、 W等合金元素達(dá)到一定含量時(shí)，在高溫下可以與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成合金元素的金屬氧化物，大大降低了焊縫熔敷金屬的力學(xué)性能，并且SA213T23鋼的合金含量較高，如果焊縫金屬在高溫狀態(tài)下停留 的時(shí)間過長(zhǎng)，必將造成焊縫背面金屬氧化，因此在焊縫背面不充氬保護(hù)的條件下，焊接時(shí)必須嚴(yán)格控制焊接電流，適當(dāng)提高焊接速度，保持較小的焊縫熱輸入量。焊 絲 化學(xué)成分見 表 表 Union I Cr2WV焊絲化學(xué)成分 元素 C Mn Si Cr Mo V W Ni Nb N B 含量（ %） 焊接工藝參數(shù) （見表 ） 表 焊接工藝參數(shù) 焊接極性 焊接 厚度 （ mm） 焊前 預(yù)熱 （℃） 焊接 電流 （ A） 焊接 電壓 （ V） 保護(hù) 氣體 氣體流量 正面 背面 直流正接 8 不預(yù)熱 70～ 120 8～ 12 % 8～ 10 / 環(huán)境溫度低于 10℃時(shí)，焊前采用火焰預(yù)熱，溫度范圍不小于 50℃不大于 150℃ ； 環(huán)境溫度高于 10℃時(shí)可不預(yù)熱 。 ，鈍邊厚度 0＜ P≤ mm，對(duì)口間隙 2mm＜ C＜ 3 mm，間隙太小容易造成未焊透，間隙過大，焊縫的填充量加大，焊接速度相對(duì)減小，熱輸入量增加層間溫度 升高，容易導(dǎo)致焊縫根部氧化。 ( 2) 采用外填絲法進(jìn)行焊接 , 鎢極伸出長(zhǎng)度為 6mm, 電弧長(zhǎng)度為 2～ 3mm。電弧熄弧后 , 應(yīng)對(duì)收弧處和熔池供氬氣 10s, 進(jìn)行延時(shí)保護(hù) , 避免產(chǎn)生弧坑裂紋 。焊道的分布要合理，采用多層焊接，焊層不宜太厚，在保證填充金屬與母材金屬融合良好的情況下，盡量提高焊接速度，以減少焊縫的 熱輸入量，降低熔池的溫度，避免重新熔化導(dǎo)致焊縫的氧化，以及避免提高焊縫的淬硬性 。 小口徑 T23管子 焊接可以不熱處理，也可以進(jìn)行 740～ 760℃的熱處理，保溫半小時(shí)。 初定焊接工藝見表 。 遠(yuǎn)大于母材抗拉強(qiáng)度的下限值 510MPa，試 驗(yàn)合格。開口在焊縫區(qū)的 3個(gè)試件的沖擊值分別為 、 、 16J；開口在熱影響區(qū)的分別為 86J、 、 103J；開口在母材的分別為 125J、 118J、 115J。 3） 第 2次工藝改進(jìn) 重慶科技學(xué)院專科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 SA213T23 鋼的焊接工藝評(píng)定 18 進(jìn)一步改善了熱處理工藝，采用電腦溫控柜進(jìn)行焊后熱處理 。 考慮到 T23鋼在一個(gè)相當(dāng)大的冷卻速率范圍內(nèi)都能形成貝氏體／馬氏體，而其馬氏體的開始轉(zhuǎn)變溫度約為 540℃ ，轉(zhuǎn)變完全溫度為 300℃ 左右， 因此在改進(jìn) 2的基礎(chǔ)上，降低層間溫度 (讓其在轉(zhuǎn)變完全溫度以下 )，經(jīng)過反復(fù)選擇比較，選定控制層間溫度 200℃以下，然后重新做沖擊試驗(yàn)，結(jié)果焊縫區(qū)的沖擊功分別為 、 、 ，熱影響區(qū)及母材的平均沖擊 值分別為 108J、 110J，滿足了規(guī)程的要求。由金相組織可以看出，熱處理后的組織較熱處理前要均勻，晶粒也稍微細(xì)小 (圖 ，圖 )。 重慶科技學(xué)院?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 21 參考文獻(xiàn) [1] 季獻(xiàn)武， 李駒 .T23在超超臨界 1000MW機(jī)組的應(yīng)用及現(xiàn) 狀 [J].華東電力 ,2020,37（ 12） . [2] 潘乾剛 .HCM2S鋼材在我國(guó)鍋爐上的運(yùn)用前景分析 [J].電焊機(jī) ,2020,34（ 5） :611. [3] 朱麗慧，趙欽新， 顧海澄．新型鍋爐用低合金耐熱鋼 HCM2S的強(qiáng)化機(jī)理研究 [J]．動(dòng)力工程， 1999，19(增刊 )： 246— 250． [4] 張鄂嬰 ,王向斌 .T23 鋼在大型常規(guī)電站鍋爐上的應(yīng) 用 [J].熱力發(fā)電， 2020,(3） :6873. [5] 徐福山 . SA213T23鋼的焊接工藝 [J].寧夏電力 ,2020,（ 5） :4446 [7] 瓦 鄧永清 ,朱麗慧 ,王起江等 . 國(guó)產(chǎn) T23鋼高溫時(shí)效時(shí)組織和力學(xué)性能的研究 [J]. 金屬熱處理 , 2020,32(9):2126. [8] 戴黎，屠勇 . 住友新材料 HCM2S鋼評(píng)介 [J].東方鍋爐， 2020,（ 2） :1912. [9] 王宇 . T23鋼組織與性能的研究 [D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料系 ,2020. [10] 鄧永清 ， 朱麗慧 .國(guó)產(chǎn) T23鋼高溫組織演變及其對(duì)性能的影響 [J]. 鋼鐵研究學(xué)報(bào) ,2020,19（ 8） :4650. [11] 孫 標(biāo) ， 胡明濤 .新型耐熱鋼 SA213T23的焊接工藝試驗(yàn) .[J/OL]. [2020/5/4]. . [12] 王宗杰 .熔焊方法及設(shè)備 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020. [13] 張文鉞 .焊接冶金學(xué) 基本原理 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020. [13] 楊富 .新型耐熱鋼焊接 [M].北京 :中國(guó)電力出版社 ,2020. [14] 覃耀春 .金屬學(xué)與熱處理 [M].北京 : 中國(guó)電力出版社 ,2020. [15] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員 會(huì) . DL／ T817— 200焊接工藝評(píng)定 [S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ,2020. [16] 因若采．熔焊原理及金屬材料焊接 [M]． 四川 ： 四川省機(jī)械工業(yè)學(xué)校 ,1990． [17] 陳伯蠡 .焊接工程缺欠分析與對(duì)策 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020. [18] 李亞江 .焊接冶金學(xué) 材料焊接性 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020. 重慶科技學(xué)院專科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 致謝 22 致謝 本文是在陳老師的精心指導(dǎo)下完成的。