【正文】 多的 δ 相，此時，焊縫不但韌性差，而且蠕變強(qiáng)度惡化。 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。當(dāng)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。另外，鋼中大量位錯產(chǎn)生的強(qiáng)化作用也可有效提高其強(qiáng)度。 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。 T23 鋼的回火溫度一般為 760～ 790℃。 正火工藝的影響 奧氏體化溫度對熱強(qiáng)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(qiáng)性增加。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 。實踐證明，當(dāng)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(xué)性能。 重慶科技學(xué)院?？粕厴I(yè)設(shè)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。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(jìn)行焊后熱處理。因此必須開發(fā)具有高蠕變強(qiáng)度 /許用應(yīng)力并具有良好焊接性的新鋼種 。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(dá) 475℃。 、圖表要求： 1） 文字通順，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(zhǔn)請他人代寫 2） 工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。隨著蒸汽溫度和壓力的提高 ,電廠效率不斷提高 ,供電煤耗也進(jìn)一步降低 ,而提高蒸汽參數(shù)的主要技術(shù)難題是金屬材料耐高溫、高壓及焊接問題。 在這種趨勢下，第一步是改型的 9%CrT91/P91 鋼（見瓦盧瑞克 SA213T23 鋼管在鍋爐的應(yīng)用 SA213T23 具有良好的焊接性、優(yōu)良的韌性、充分高的蠕變強(qiáng)度和不需要焊后熱處理等特點。在我國鍋爐高溫受熱面材料中，鋼 102 的強(qiáng)度和使用溫度處在 12CrlMoV和不銹鋼之間，是一種良好的過渡材料，該鋼材在我國已使用近 20 年。這樣成分的鋼再經(jīng)過相應(yīng)的成材加工和熱處理后，就可獲得綜合性能良好、能夠滿足制作 USC鍋爐水冷壁要求的鋼材。另外 ， 鋼中加入少量強(qiáng)碳物形成元素 V、 Nb 可阻止 Cr、 Mo等碳化物的形成 ， 使其盡量溶于固溶體中 ， 也增加了固溶強(qiáng)化重慶科技學(xué)院?？粕厴I(yè)設(shè)計 2 SA213T23鋼管的綜合性能 6 作用。 T23 鋼的空冷貝氏體淬透性很好 ， 并且抗回火性也很好 ， 因此可以獲得回火粒狀貝氏體組織。當(dāng)奧氏體化溫度偏低時 ， 存在許多沿原奧氏體晶界分布的較粗大未溶碳化物 ， 因這些未溶碳化物與基體金屬的熱膨脹系數(shù)不同 ， 所以在急冷時 ， 在這些粒子的周圍產(chǎn)生位錯 ， 而析出物在這種原因引起的位錯上優(yōu)先析出。同時，有大量細(xì)小的第二相彌散分布在晶界和晶內(nèi) [圖 (b)]，經(jīng)衍射斑點分析為 MX型重慶科技學(xué)院?？粕厴I(yè)設(shè)計 2 SA213T23鋼管的綜合性能 9 碳氮化物。衍射斑點分析結(jié)果表明，有少量的M6C 生成。 M 寬化指小島中的馬氏體板條寬化 (a)550℃ ； (b)600℃ ； (c)650℃ 圖 蠕變斷裂試驗中國產(chǎn) T23鋼的性能變化及其主要影響因素 蠕變斷裂溫度為 600℃ [圖 (b)]，蠕變斷裂時間少于 730h時，小島中的板條馬氏體僅略微寬化，致使性能下降的主要原因還是 M23C6碳化物的粗化。 ③ 在 550℃ 、 600℃ 和 650℃蠕變時，國產(chǎn) T23 鋼的組織演變規(guī)律基本相似。 時效傾向 有資料顯示 T23等鋼都具有 時效傾向，但與合金含量高 的鋼來說 ， T23 鋼的時效傾向低得多。 焊接方法 和焊接設(shè)備 焊接方法 采用手工鎢極氬弧焊（ GTAW）， 焊接設(shè)備為時代 ZX7400S 逆變 電 源 。 ，可適當(dāng)改善和提高電弧能量的集中程度，有利于熔池的快速形成，提高焊接速度。 彎曲后，彎曲試樣均未出現(xiàn)任何開裂，符合《焊接工藝評定規(guī)程》的要求。 (2) 當(dāng)環(huán)境溫度在 10℃以下焊接 T23鋼時， 焊前須預(yù)熱 100℃ ～ 150℃ ； 控制層間溫度在 200℃內(nèi) ； 嚴(yán)格控制焊接線能量 ； 焊后冷卻到室溫完成貝 氏體的轉(zhuǎn)變以后，再進(jìn)行730～ 750℃ /2h高溫回火處理，可以獲得良好的焊接接頭 。 微觀金相 經(jīng)過改進(jìn) 3工藝焊接的試樣：焊縫區(qū)為粗大的回火貝氏體組織 、 熱影響區(qū)為回火貝氏體組織 、 母材為回火貝氏體。 射線檢查 3個試件經(jīng)射線探傷檢驗，均為 l級，符合《焊接工藝評定規(guī)程》的要求。為了加強(qiáng)保護(hù)和獲得可靠的焊接接頭 , 引弧前必須提前向焊接面送氬 ， 引弧點的位置必須置于接頭前端5mm～ 10mm 左右的坡口面上 。 Cr提高了鋼的淬硬性，特別是在較高的冷卻速度下更甚，因此，在 SA213T23鋼的焊接過程中應(yīng)該采取減小焊接接頭冷卻速度的工藝措施，如焊前采用適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度，焊后采用保溫材料包裹等緩冷措施，采用全氬弧焊焊接方法，選用較小的焊 接線能量。 焊縫韌性 焊縫韌性對線能量對 800～ 850℃ 冷卻速度敏感，也就是對焊縫厚度、層間溫度敏感。原奧氏體小島中的馬氏體也因回復(fù)、再結(jié)晶的作用，板條特征逐漸消失?？傊?， T23 鋼高溫蠕變后性能下降的主要原因是：回復(fù)及再結(jié)晶導(dǎo)致位錯強(qiáng)化作用減弱； M23C6粗化和聚集致使析出強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化作用減弱。透射斑點分析結(jié)果表明，晶界上有個別碳化物點陣常數(shù)為 ，介于 M23C6和 M6C點陣常數(shù)之間，表明此時有少量 M23C6向 M6C 過渡?？梢?，溫度為 550 ℃ 和 600 ℃時，隨蠕變斷裂時間的延長， T23 鋼的持久強(qiáng)度緩慢下降； 650 ℃ 時，持久強(qiáng)度下降很快。 CrWMo 鋼 600℃持久強(qiáng)度隨奧氏體晶粒尺寸增大而增加 ， 但當(dāng)奧氏體晶粒度超過 6 級后 ， 則持久強(qiáng)度開始下降或達(dá)到飽和值。 其它元素的控制 鋼中的硫、磷分別控制在 %和 %左右 ， 以改善材料的塑性與韌性。 Nb 的作用同 V類似 ， 易形成細(xì)小、彌散、穩(wěn)定的 Nb（ C， N） ， 使位錯運動受阻 ，改善蠕變性能 ， 但當(dāng) Nb（ C， N） 聚集時 ， 蠕變抗力下降十分快。Forgings(鍛件 )為 SA182。在9Cr 鋼以上， T91 材料開發(fā)最成功， 20 多年來已廣泛地用于鍋爐受熱面高溫段，在 600℃左右取代 SA213TP304H(以下稱 TP304H)不銹鋼，填補(bǔ)了 鋼和不銹耐熱鋼之間的空白，是一種很好的過渡材料，目前其母材和焊材已相當(dāng)成熟 ， NF61 HCM12A 鋼是為替代 T91 用于更高溫度條件而開發(fā)的鋼種，目前也已納入 ASME 規(guī)范的 0ODE CASE中，分別為 ASME code case 2179， ASME code case 2180 擬定牌號為 SA213T911 和SA213T122，不久的將來必將納入 ASME 規(guī)范中。這樣 ,受熱面管材的選擇基本上由 T22 或 12Cr1MoV 直接過渡到 T91 或 TP304 ,由此造成了一些較低溫度段的 G102 均由 T91 替代 ,導(dǎo)致鍋爐制造成本大幅增加。對這樣大而薄的平面形構(gòu)件實施熱處理不僅難度很大，而且構(gòu)件在受熱后極易產(chǎn)生扭曲變形，且這種扭曲變形是極難矯正的。 通過對 T23鋼的初步認(rèn)識 逐步確定 了 T23管子焊接工藝參數(shù) ， 并根據(jù)編制的焊接工藝進(jìn)行焊接工藝評定實驗。 T23鋼是貝氏體耐熱鋼 ， 該鋼具有良好的力學(xué)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(dǎo)管等。因此，以往在亞臨界和普通的超臨界機(jī)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(qiáng)性更好的鋼材。 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。 重慶科技學(xué)院?？粕厴I(yè)設(shè)計 1 前言 3 SA213T23 鋼管在鍋爐的應(yīng)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(jìn)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(qiáng)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。 ASME code case 21991 規(guī)定 SA213T23 鋼的化學(xué)成分 (表 )、力學(xué)性能 (表 )許用應(yīng)力 (表 ) 及 T23 主要物理性能（表 ） 。 V、 Nb 元素的作用 V 固溶于鐵素體中 ， 以細(xì)小、彌散 V4C3析出 ， 阻止了鐵素體晶粒在加熱過程中的長大。 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(jìn)一步強(qiáng)化貝氏體。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(qiáng)性有一定 的影響。 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。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。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。尤其當(dāng)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(fù)、再結(jié)晶開始較早，對性能下降的影響提前。 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(yán)格限制硫、磷含量。這里首先采用焊接性間接估算法，按照鋼材碳當(dāng)量公式計算。在室溫 25℃下進(jìn)行焊接 , 采取焊前不預(yù)熱 , 焊后不做熱處理 , 焊后自然冷卻 , 保持層間溫度不高于 350℃。 焊接材料 選 為德國伯樂蒂森的焊絲 Union I Cr2WV。 4） 第 3次工藝改進(jìn)。在論文撰寫期間，導(dǎo)師從論文選題，內(nèi)容研究，論文撰寫及學(xué)習(xí)等各方而給予了全而的指導(dǎo)。數(shù)據(jù)分析可知， 焊縫的沖擊值與規(guī)程要求的 27J相差甚遠(yuǎn) ， 試驗不合格。 焊后熱處理工藝規(guī)范 ASME SA213和 ASME Code規(guī)范規(guī)定鋼管的熱處理規(guī)范是正火 +回火 ,正火溫度 ≥1040℃ 、回火溫度 ≥ 730℃ 。 層間溫度控制在 250～ 350℃的范圍內(nèi)，焊接前和過程中采用遠(yuǎn)紅外測溫儀進(jìn)行溫度的測量。 δ相的數(shù)量不僅取決于鋼的化學(xué)成分，也與該鋼結(jié)晶時的冷卻速度有關(guān)。由于 T23 含碳量較低，其焊接性遠(yuǎn)優(yōu)于 T2鋼 102，并且它對冷裂紋敏感性很低，有關(guān)試驗證明 T23 鋼無裂紋傾向預(yù)熱 溫度為室溫20℃，而 T2鋼 102 的無裂紋傾向預(yù)熱溫度為 300℃，根據(jù)這個結(jié)果，焊接薄壁、小徑管鍋爐受熱面管時，若環(huán)境溫度在 20℃以上，就可以不做焊前預(yù)熱。蠕變斷裂溫度為 650℃ [圖 (c)]時，性能下降更快，這與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)晶密切相關(guān)。同時，大量彌散分布的 細(xì)小 MX 碳氮化物，在高溫長時間蠕變下其粗化并不嚴(yán)重，所以是國產(chǎn) T23 鋼最主要的強(qiáng)化相。 ② 600℃ 持久試驗 國產(chǎn) T23 鋼在 600℃蠕變斷裂后晶內(nèi)有許多空洞和裂紋，離斷口越近，其數(shù)量越多 。在選擇熱處理規(guī)范時 ， 從晶粒度角度應(yīng)考慮其良好的綜合性能 ， 一般講熱力設(shè)備的高溫零部件 ， 通過熱處理獲得 3～ 6級晶粒度是