焊接热循环对9Cr2WVTa 钢组织力学性能影响.PDF

焊接热循环对9Cr2WVTa 钢组织力学性能影响 * 王健 陆善平 戎利建 李殿中 （中国科学院金属研究所，沈阳110016） 摘要：采用数值模拟与物理模拟相结合的方法，制备了9Cr2WVTa 钢焊接接头热影响区不同微区的Gleeble 热模拟试样， 对其进行组织和力学性能分析。试验结果表明，一次焊接热循环后，焊接热影响区粗晶区（CGHAZ ）中形成的块状δ铁素 体是导致其韧性恶化的主要因素。对一次热循环的粗晶区样品进行二次热循环后，各区均保留着一次热循环CGHAZ 区形成 的块状δ 铁素体，但形态大小不一。经历峰值温度为 1315℃的二次热循环后，晶粒粗化，造成该区冲击韧性进一步降低。 经历峰值温度为1100℃的二次热循环后，发生相变重结晶并形成的细小晶粒，提高了该区冲击韧性。 关键词：9Cr2WVTa 钢， 焊接热循环， 显微组织， 力学性能 0 前言 经过焊接热循环后的组织和力学性能，对指导实际 焊接工艺具有重要作用，为今后的工程应用奠定基 9Cr2WVTa 钢是在原 T/P91 钢的基础上，采用 础。 低活化元素W 、V 、Ta 来代替Mo、Nb 、Ni[1]，使 1 试验材料及方法 其在强辐照下具有低辐照肿胀率和热膨胀系数、高 热导率等热物性参数，被选为四代核电用候选材料 表1 为试验用9Cr2WVTa 钢化学成分。热处理 [2, 3] 。然而结构材料在零部件制备组装和应用过程 工艺为：正火温度 1050℃×2h ，水冷；回火温度 中不可避免的需要焊接。长期服役过程中，9~12%Cr 750℃×2h，空冷。 耐热钢常因焊接热影响区脆性开裂导致接头过早 采用TIG 自熔焊方法校合焊接热源。焊接试板 失效。A. Moitra[4]研究认为9Cr-1Mo 钢原奥氏体晶 尺寸为160mm×68mm×5mm，在板的中心沿板长方 粒的粗化和较大的马氏体板条是导致粗晶区 向进行单道自熔焊，焊速 140mm/min ，氩气保护， （CGHAZ ）脆化的主要原因。孙咸[5]进一步认为马 电流160A，电压 14V 。利用镍铬-镍硅热电偶在焊 氏体内析出物的形态、位错密度和亚晶粒的数量都 接试板上测得不同位置六个点的热循环曲线。焊接 会影响耐热钢的韧性。在多层多道焊中，李立英[6] 完成后，利用Sysweld 模拟软件模拟焊接过程。首 对ASTM4130 耐热钢研究表明，由于“组织遗传” 先测量材料的热导率、热膨胀系数、比热、弹性模 造成的晶粒粗大以及 M-A 组元的形成使得过临界 量、泊松比等物性参数以建立材料数据库，再利用 粗晶区（SCCGHAZ ）和临界粗晶区（ICCGHAZ ） 快速热膨胀仪测定焊接升温速度下9Cr2WVTa 钢的 两区韧性较差；张忠文[7]对P91 钢热影响区组织和 A1 和 A3 相变点，随后选取双椭球焊接热源模型来 韧性研究