本文選題：再熱裂紋　切入點(diǎn)：焊接熱模擬　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：與傳統(tǒng)的2.25Cr1Mo鋼相比,2.25Cr1Mo0.25V鋼具有更優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、抗蠕變性能和抗氫損傷性能,能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)代加氫反應(yīng)器高參數(shù)、大型化、輕量化的發(fā)展需求。但由于V、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素的添加,2.25Cr1Mo0.25V鋼的焊接接頭在焊后熱處理過程中易于出現(xiàn)再熱裂紋,成為威脅加氫反應(yīng)器長周期安全服役的重大隱患。目前,國內(nèi)外對(duì)2.25Cr1Mo0.25V鋼的再熱裂紋生成機(jī)理尚未形成清晰的理解,對(duì)再熱開裂的預(yù)防措施尚缺乏可靠的理論和試驗(yàn)依據(jù),這些問題已成為限制加氫反應(yīng)器制造技術(shù)水平提高的主要瓶頸之一。本文針對(duì)大型鍛焊加氫反應(yīng)器用2.25Cr1Mo0.25V鋼,結(jié)合宏觀性能表征和微觀機(jī)理分析,研究了制造工藝—顯微組織—再熱裂紋敏感性之間的關(guān)系,詳細(xì)地論述了再熱裂紋生成機(jī)理,提出了預(yù)防再熱開裂的措施。主要內(nèi)容包括以下五個(gè)方面： (1)焊接CGHAZ相似材料的模擬 再熱開裂易于在2.25Cr1Mo0.25V鋼焊接接頭的熱影響區(qū)粗晶區(qū)(Coarse Grained Heat Affected Zone, CGHAZ)部位發(fā)生。本研究根據(jù)加氫反應(yīng)器實(shí)際焊接工藝,結(jié)合經(jīng)典焊接傳熱模型,利用Gleeble試驗(yàn)機(jī)開展了一系列不同參數(shù)的熱模擬試驗(yàn),篩選出了與2.25Cr1Mo0.25V鋼的實(shí)際焊接CGHAZ具有相同組織形態(tài)、晶粒大小和維氏硬度值的溫度循環(huán)。 (2)焊接及焊后熱處理工藝對(duì)CGHAZ的組織及性能的影響 再熱開裂的發(fā)生需要同時(shí)具備敏感的環(huán)境條件和敏感的材料組織狀態(tài)。本研究針對(duì)2.25Cr1Mo0.25V鋼的模擬CGHAZ開展了一系列等溫恒速拉伸試驗(yàn),分析了焊后熱處理溫度、焊接熱輸入、二次熱循環(huán)對(duì)CGHAZ的顯微組織、硬度和高溫塑性的影響,并對(duì)其再熱裂紋敏感性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：CGHAZ在675℃附近具有最低的斷面收縮率,對(duì)應(yīng)著再熱開裂的最敏感溫度,但在低應(yīng)變速率條件下,溫度對(duì)材料高溫塑性的影響程度減弱;在5～100kJ/cm的熱輸入范圍內(nèi),CGHAZ的再熱裂紋敏感性隨焊接熱輸入的增大而增大；低熱輸入條件下,CGHAZ出現(xiàn)軟化現(xiàn)象,斷裂模式為穿晶與沿晶的混合型斷裂,具有較高的高溫塑性,而在高熱輸入條件下,CGHAZ出現(xiàn)二次硬化現(xiàn)象,斷裂模式為均一的微孔聚集型沿晶斷裂,高溫塑性明顯降低；CGHAZ經(jīng)歷峰值溫度為890℃和1020℃的二次熱循環(huán)后,原奧氏體晶粒發(fā)生部分重結(jié)晶現(xiàn)象,高溫塑性得以明顯改善,再熱裂紋敏感性顯著降低。因此,優(yōu)化焊后熱處理溫度、降低焊接熱輸入、充分利用后續(xù)焊道的二次熱循環(huán)均可降低焊接CGHAZ的再熱裂紋敏感性。 (3)2.25Cr1Mo0.25V鋼應(yīng)力松弛及蠕變斷裂行為研究 再熱開裂是由于焊接CGHAZ在應(yīng)力松弛過程中伴隨的蠕變損傷累積所致。本研究通過開展2.25Cr1Mo0.25V鋼在焊后熱處理溫度下的應(yīng)力松弛及蠕變斷裂行為研究,建立了應(yīng)力松弛行為預(yù)測方法,得到了模擬CGHAZ的應(yīng)力—斷裂時(shí)間以及應(yīng)力—Larson-Miller參數(shù)關(guān)系曲線,并對(duì)應(yīng)力松弛過程中材料的累積蠕變損傷進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明：采用Hook-Norton本構(gòu)方程能夠較好地預(yù)測2.25Cr1Mo0.25V鋼母材金屬和模擬CGHAZ的單軸應(yīng)力松弛行為；基于Robinson壽命分?jǐn)?shù)法建立的應(yīng)力松弛損傷評(píng)估方法可以用來預(yù)測模擬CGHAZ的再熱開裂時(shí)間。 (4)2.25Cr1Mo0.25V鋼的再熱裂紋生成機(jī)理研究 再熱開裂本質(zhì)上是由于焊接CGHAZ在焊后熱處理溫度下的蠕變塑性不足所致,而空洞形核速率是決定金屬蠕變塑性的關(guān)鍵因素。本研究通過SEM、TEM、EDS等電子顯微分析技術(shù)對(duì)2.25Cr1Mo0.25V鋼在模擬焊接及應(yīng)力松弛開裂過程中的顯微組織演化和損傷演化過程進(jìn)行了詳細(xì)分析,結(jié)合晶界空洞形核的微觀機(jī)理以及高溫下CGHAZ的維氏硬度變化規(guī)律討論了組織演化過程對(duì)空洞形核速率的影響,論述了2.25Cr1Mo0.25V鋼的再熱裂紋生成機(jī)理。結(jié)果表明：母材中的碳化物在模擬焊接熱循環(huán)的加熱過程中溶解,在焊后熱處理溫度下,大量碳化物從CGHAZ的基體中重新析出；晶界碳化物析出不僅提供了局部應(yīng)力集中的條件,增大空洞形核的驅(qū)動(dòng)力,而且降低了空洞的體積形狀因子,減小了空洞形核的阻力；晶內(nèi)碳化物析出引起二次硬化現(xiàn)象,導(dǎo)致材料的蠕變抗力提高,減緩了局部應(yīng)力集中的蠕變松弛,從而增大空洞形核的驅(qū)動(dòng)力；晶界和晶內(nèi)碳化物析出是影響空洞形核速率的主導(dǎo)因素,雜質(zhì)元素在晶界偏聚也促進(jìn)空洞形核,但其影響并不明顯；在焊后熱處理溫度下,晶內(nèi)碳化物析出引起的晶內(nèi)強(qiáng)化和晶界碳化物析出引起的界面弱化是焊接CGHAZ蠕變塑性降低的主要原因,是導(dǎo)致2.25Cr1Mo0.25V鋼再熱開裂的微觀機(jī)理。 (5)2.25Cr1Mo0.25V鋼加氫反應(yīng)器再熱開裂的預(yù)防 綜合分析以上研究成果,本文基于2.25Cr1Mo0.25V鋼加氫反應(yīng)器的實(shí)際制造工藝,從焊接及焊后熱處理工藝優(yōu)化與母材的化學(xué)成分調(diào)控兩個(gè)方面提出了一些預(yù)防CGHAZ再熱開裂的措施,并對(duì)焊縫金屬的再熱開裂預(yù)防方法、依據(jù)及可能存在的問題進(jìn)行了探討。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O346.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1648637