奥氏体耐热钢和电站管道异种钢焊接(重要文献)精要.doc

锅炉用新型奥氏体耐热钢及其焊接 与铁素体耐热钢相比奥氏体耐热钢的优缺点 几种钢的许用应力比较 优点：1）奥氏体不锈钢蠕变断裂强度随温度升高而降低的速度远低于铁素体钢 2）抗腐蚀和抗氧化性优良 缺点：1）传统的奥氏体耐热钢蠕变断裂强度很低 2）导热性差、线膨胀系数大、引起的热应力大，对应力腐蚀和热疲劳敏感 3）氧化膜容易脱落 2，奥氏体耐热钢的种类 用于锅炉的奥氏体耐热钢种类及其发展 由于上述缺点这种材料常被限制只能使用于薄壁构件，不宜制作厚壁构件。为了使用这种材料，人们一开始就在努力提高它抗晶间腐蚀能力的同时也注意研究提高它的强度。研究表明，把Ti、Nb、Mo等碳化物形成元素形成的稳定碳化物固溶，然后在时效时使它们在晶内弥散析出，不仅可以改善抗晶间腐蚀能力，也可以提高蠕变断裂强度,如表1[1] 但是仅仅用这种方法还不能使蠕变断裂强度提高很多。用表1中的Cr18Ni12Mo3Ti（相当于AISI316）钢制作蒸汽温度650℃、压力为34Mpa的300MW机组其主蒸汽管的壁厚还需要185毫米。这样的应用事例证明是不成功的。因此，在奥氏体耐热钢领域中，总是在不断地探索提高其蠕变断裂强度的途径。尽管在上世纪的90年代以前，研究奥氏体耐热钢的投入力度远不如对铁素体耐热钢的研究那样大。但多年的研究表明，为了提高奥氏体耐热钢的蠕变断裂强度，除了Ti、Nb、Mo等碳化物形成元素形成的稳定碳化物固溶后在晶内时效析出可以提高强度以外，还有多种多样的脱溶沉淀现象也可以利用来提高强度：元素Ti、Nb、Mo、Cr等，除了形成碳化物以外，它们还会促使析出金属间化合物（χ、η等相）。而Ni、C等元素有促使M23C6沉淀的作用；元素Nb、Mo则会促使M23C6转变成M6C[（Fe，Cr）3Nb3C]型金属间化合物[2]。沿着这些研究结果的思路，利用多种多样的脱溶沉淀现象近年来开发了一些新的高温蠕变强度较高的奥氏体耐热钢。 表1 钢 种 抗拉强度 （Mpa） 20℃ 600℃ 0.1%/103h蠕变极限 （Mpa） 600℃ 650℃ 105h蠕变断裂强度 （Mpa） 600℃ 650℃ Cr18Ni9 ≥550 98 70 Cr18Ni11Nb ≥610 450 134 735 175.5 77 Cr18Ni12Mo3Ti 600 485 146 100 112 迄今在火电站用得较多的是600℃105小时蠕变断裂强度为100-120Mpa的H Grade,其中尤其是AISI 304H、AISI 347H、AISI 316H用得最广泛。上世纪的90年代以后，在原来H Grade奥氏体耐热钢的基础上发展了图 中右上角的Super 304H、ASME 347HFG、Tempaloy A-1、在原来AISI310的基础上发展了25Cr-20NiNbN（HR3C）。此外在原来Alloy 800的基础上又发展了NF709、Tempaloy A-3。这些钢的强度又明显提高了一步。 下面将分别讨论Super 304H、ASME 347HFG、25Cr-20NiNbN（HR3C）和20Cr25Ni1.5MoNbTiN(NF709)钢的强化途径、性能特点和它们的焊接特点。 ASME TP347HFG钢的细晶化及其性能 细晶ASME 347HFG钢是20世纪80 年代日本住友公司通过改进TP347H钢的成材工艺开发的奥氏体耐热钢。这种钢被推荐使用于蒸汽温度为566℃、压力为316kgf/cm2的过热器和再热器管道。具有优异的抗整体腐蚀特性，同时具有较高的蠕变断裂强度，其许用应力允许高于ASME规范规定的20%。 开发ASME 347HFG钢的背景 TP347H钢不同固溶处理温度下的蠕变断裂强度不同。固溶处理温度高，使钢中已经析出的第二相尽可能充分地固溶，然后在时效过程中析出弥散而细小的沉淀相是获取高强度的手段。如表2。 表2 TP347H钢不同固溶处理温度下的蠕变断裂强度和相应的晶粒度 固溶处理温度 （℃） 593℃105小时蠕变断裂强度（Mpa） 晶粒度（级） 1150-1200 159 3-5 1037 118 4-6 927 110