Page 37 - 理化检验-物理分册2022年第九期
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吕秀乾, 等: 12Cr2Mo1R 钢带极堆焊镍基 276 的工艺性能
易产生较大的焊接应力, 使接合面上形成裂纹, 严重 试样进行晶间腐蚀试验, 结果如表 4 所示。从表 4
时甚至会形成堆焊层剥离, 因此需在基材和镍基合 可 知:当 堆 焊 工 艺 相 同,热 处 理 状 态 分 别 为
MaxPWHT , MinPWHT 时, 焊 态 对 应 的 腐 蚀 速 率
金之间先堆焊一层或两层作为过渡。选择镍基 276
表层, 309L 钢为过渡的第一层( 过渡层), 具体堆焊 依次递减, 因为镍基 276 在 650~1090 ℃ 时对晶间
工艺方案如表 1 所示。 腐蚀特别敏感, 对于焊接试样, 尤其是堆焊试样, 敏
表 1 带极堆焊工艺方案 化时间越长, 腐蚀速率就越高; 组合方案 2A 和组合
方案编号 过渡层 中间层 表层 堆焊厚度 / mm 方案 1A 相 比, 多 堆 焊 了 中 间 层 ( 镍 基 276 ), 在
1 309L 钢 — 镍基 276 3+3.5 MaxPWHT 状态下, 腐蚀速率由 64.87mm / a 变为
2 309L 钢 镍基 276 镍基 276 3+3+3.5 33.72mm / a , 表明在过渡层与表层中间多堆焊一层
3 309L 钢 NiCrMo-3 钢 镍基 276 3+3+3.5 中间层, 有利于腐蚀速率的降低; 组合方案 2B 与组
合方案 2A 相比, 都堆焊了过渡层、 中间层和表层,
1.2 热处理工艺方案 但热处理工艺不同, 组合方案 2A 试样的腐蚀速率
根 据 PTA 加 氢 反 应 器 的 制 造 要 求, 为 33.72 mm / a , 组 合 方 案 2B 试 样 的 腐 蚀 速 率 为
12Cr2Mo1R 钢 板 在 焊 后 需 要 模 拟 最 小 程 度 19.42mm / a ; 组合方案 3B 与组合方案 2B 相比, 都
( MinPWHT ) 和最大程度( MaxPWHT ) 的焊后热处 堆焊了过渡层、 中间层和表层, 且热处理工艺一致,
理, 以消除焊接应力。模拟焊后热处理工艺参数为 只是中间层的材料由镍基 276 换成 NiCrMo-3 钢,
( 690±14 ) ℃ , 8h ( MinPWHT ) 和 ( 690±14 ) ℃ , 腐蚀速率由 19.42mm / a降至 4.48mm / a 。从上述
32h ( MaxPWHT )。具体 热 处 理 工 艺 方 案 如 表 2 结果可以看出, 组合方案 3B 的堆焊工艺和热处理
所示。 工艺最佳。
表 2 热处理工艺方案 表 4 4 组试样晶间腐蚀性能的测试结果
方案编号 热处理工艺 试样编号 热处理状态 腐蚀速率 /( mm · a )
-1
A 先堆焊过渡层、 中间层和表层, 然后进行模拟焊后热处理 1A MaxPWHT 64.87
B 先堆焊过渡层、 中间层后, 进行模拟焊后热处理, 最后堆焊表层 焊态 7.21
2A MinPWHT 13.53
1.3 试样制备
MaxPWHT 33.72
将 3 种堆焊工艺方案和两种热处理工艺方案组
2B 焊态 19.42
合制备 4 组试样, 分别编号为 1A , 2A , 2B , 3B 。
3B 焊态 4.48
2 理化检验及结果分析
2.3 晶间腐蚀性能差异分析
2.1 化学成分分析 “ 贫铬理论” 是被普遍认可的解释晶间腐蚀的主
在4组试样距堆焊层表面约3mm 处分别取样, 要理论。当 金 属 的 碳 含 量 ( 质 量 分 数, 下 同) 大 于
进行堆焊表层的化学成分分析, 结果如表3所示。 0.02% 时, C 元素与 Cr元素能形成碳化物 Cr 23 C 6 ,
表 3 4 组试样堆焊表层的化学成分分析结果 % 这些碳化物以固溶态溶于奥氏体中, 此时 Cr元素均
质量分数 匀分布在合金中, 使合金各部分的 Cr元素含量均在
项目 钝化所需的 12% 以上。这种过饱和固溶体是不稳
C Si Mn Cr Ni Mo Fe W
定的, 当合金加热到敏化温度范围内时, 碳化物就会
1A 实测值 0.021 0.43 0.25 15.06 46.99 12.22 22.93 2.58
沿晶界析出, Cr元素便从晶粒边界的固溶体中分离
2A 实测值 0.015 0.22 0.26 15.14 54.08 13.71 13.17 3.02
出来, 因 Cr元素的扩散速率较慢, 晶粒内部的 Cr元
2B 实测值 0.012 0.44 0.12 15.64 57.79 15.85 6.19 3.75
素来不及向晶界扩散, 故造成了晶粒边界“ 贫铬区”。
3B 实测值 0.015 0.26 0.23 16.62 59.11 14.04 5.74 2.98
当有腐蚀 介 质 存 在 时, 该 区 域 将 产 生 明 显 的 腐 蚀
2.2 晶间腐蚀性能测试 现象。
在 4 组试样距堆焊层表面约 3 mm 处 分别取 在敏 化 温 度 范 围 内, 镍 基 276 不 仅 会 析 出
样, 依据 ASTM G28 — 2015 《 锻制高镍铬轴承合金 M 6 C , M 2 C , M 23 C 6 等碳化物, 而且有可能产生金属
晶间腐蚀敏感性检测的标准试验方法》 中的 A 法对 间化合物 μ 相( Co 2Mo 6 型), 使材料的抗晶间腐蚀
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