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1、super304h新型奥氏体耐热钢的焊接工艺研究【ppt课件】Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 为提高电站机组热效率、降低煤耗和发电成本，减少SO2、CO2等污染气体的排放量，世界各国均以发展大容量、高效率的超临界甚至超超临界机组为主要方向，以适应环境保护和节约能源的要求。超超临界机组是当代火力发电厂的共同发展趋势，锅炉是火电机组的关键设备，其蒸汽参数达到26.25MPa、600，这就要求开发出耐高温性能更好的耐热钢，目前，世界先进国家普遍采用的是新
2、型细晶强韧化铁素体耐热钢和新型细晶奥氏体耐热钢，SUPER304H就属于新型细晶奥氏体耐热钢，主要应用于超超临界锅炉高温过热器、高温再热器等重要部件。一、概况2007-11-27SUPER304H是一种新型奥氏体型耐热钢，现主要应用于超超临界机组锅炉高温过热器和高温再热器等重要部件。该钢焊接时主要问题是焊接热裂纹和晶间腐蚀，通过焊接工艺评定获得的试验数据，制定出了该钢种的焊接工艺。为我公司即将开始的海门、潮州以及即将兴建的台山、惠来、平海等1000MW超超临界机组受热面管子的焊接做好了充分的技术准备。二、课题研究必要性2007-11-27 SUPER304H钢是日本在TP304H钢中添加了3%
3、Cu、0.4%Nb和一定量的N开发出的新型钢种，该钢种具有极高的蠕变断裂强度，在600650下的许用应力比TP304H高30%，而且组织性能和力学性能稳定，是超超临界锅炉过热器、再热器的首选材料。SUPER304H钢的化学成分：2007-11-27三、SUPER304H钢成份及特点化学 元素CMnSiSP百分比Wt%0.070.131.000.0300.0100.040化学 元素NiCrCuNbN百分比Wt%7.5010.5017.019.02.53.50.30.60.050.12 SUPER304H钢的常温成分：2007-11-27三、SUPER304H钢成份及特点标准材质屈服强度(MPa)
4、抗拉强度(MPa)纵向延伸率(%)硬度(HB)ASME CODECASE 2328SUPER30423559035219 SUPER304H钢的化学成分，在钢中加入适量的铜和铌，是为了提高其持久强度、持久塑性、韧性和抗腐蚀性；而对高温抗拉强度有较大影响的氮含量上限控制在0.12%，主要是考虑到运行温度下长期时效后塑性下降。2007-11-27力学因素SUPER304H属于奥氏体型耐热钢，由于奥低体不锈钢导热性差，其电阻率是低碳钢的4倍，而线膨胀系数却很大，约是低碳钢的2倍，所以焊后在接头中会产生较大的焊接应力。冶金因素奥氏体不锈钢中的Ni 与P、S等杂质在熔池中易形成低熔点共晶，此外，奥氏体不
5、锈钢的液相线与固相线的距离较大，结晶时间较长，且奥氏体结晶的枝晶方向性强，所以杂质偏析现象严重。四、SUPER304H焊接工艺难点分析1，焊缝热裂纹问题。2007-11-27冶金因素Cr与C结合，在晶间形成碳化铬，结果使晶界附近的含Cr量大为减少，形成贫铬区，当晶界附近的金属含铬量低于12%时就失去了耐腐蚀的能力，在腐蚀介质作用下，即产生晶间腐蚀。力学因素产生晶间腐蚀的材料当受到应力作用时就会沿晶界断裂，几乎完全丧失强度。四、SUPER304H焊接工艺难点分析2，晶间腐蚀问题。这是奥低体不锈钢最危险的一种破坏形式。但是奥氏体不锈钢不是任何时候都会产生晶间腐蚀，它与钢的加热温度和加热时间有关，产
6、生晶间腐蚀的温度为450850（敏化温度），尤其以650最为危险。组织因素Ti和Nb与C的结合力比Cr更强，从而使焊缝金属获得双相组织：即奥氏体+铁素体，双相组织的焊缝比单相奥氏体组织的焊缝具有较高的抗热裂纹能。细晶强化少量的铁素体可以细化晶粒、打乱柱状晶的方向和防止杂质的聚集。杂质溶解铁素体还可以比奥氏体溶解更多的杂质，从而可以减少偏析现象2007-11-27五、焊接工艺措施的确定5%5%针对SUPER304H焊接工艺难点，参考国内外有关资料，拟采取以下焊接工艺措施以获得优质焊接接头。1、采用含有Ti和Nb添加剂的焊材，可有效避免焊接热裂纹的产生。2007-11-27五、焊接工艺措施的确定焊
7、接工艺：采用含有Ti和Nb添加剂的焊材，在焊接工艺上，采用碱性焊条，小电流、快速焊，收弧时尽量填满弧坑以及采用氩弧焊等都可以避免热裂纹的产生。2、防止晶间腐蚀的措施。2007-11-27五、焊接工艺措施的确定a.控制含碳量碳是造成晶间腐蚀的主要元素，碳含量在0.08%以下时，能够析出的碳的数量较少，碳含量在0.08%以上时，能够析出的碳的数量迅速增加，所以常控制母材金属和焊材的含碳量在0.08%以下。另外，若奥氏体钢中的含碳量小于0.02%0.03%时，则全部碳都溶解在奥氏体中，即使在450850加热也不会形成贫铬层，就不会产生晶间腐蚀。b.采用含Ti和Nb添加剂的焊材由于Ti和Nb与C的结合
8、力比Cr更强，能够与碳结合成稳定的碳化物，从而避免在奥氏体晶界造成贫铬，对提高晶间腐蚀能力起十分良好的作用。2、防止晶间腐蚀的措施。2007-11-27五、焊接工艺措施的确定c.减少线能量采用小电流、快速、短弧多道焊，待先焊一层完全冷却后再焊下一层。或用铜垫板，甚至用冷水浇等措施来加速焊缝的冷却，以尽量减少焊接接头在敏化温度停留时间。d.进行固溶处理焊后把焊接接头加热到10501100，此时碳又重新溶入奥氏体中，然后迅速冷却，稳定了奥氏体组织。基本参数p母材牌号：SUPER304H；p规格：48.267.9mm；p焊接位置：6G；p焊接方法：钨极氩弧焊；p焊丝：YT-304H（2.4mm）；p
9、坡口型式：V型；2007-11-27六、工艺方案的制定注意事项p为保证根部质量，防止氧化，氩弧焊打底前先进行管内充氩气保护；p为了防止焊接接头在敏化温度范围内停留时间过长而产生晶间腐蚀，并防止接头过热而产生热裂纹，焊接时要采用小电流、快速焊、短弧多道焊。焊接时尽量不作横向摆动。p严格监控焊接过程中的层间温度，焊接过程中用手提式测温仪进行温度监控，确保层间温度不超过100。每层焊后用水快速冷却。2007-11-27六、工艺方案的制定焊工应具备奥氏体不锈钢管考试合格项目，并经使用YT-304H焊丝进行焊前练习，已掌握焊材、母材及焊机的性能与焊接工艺规范。焊前用角向磨光机打磨管件坡口附近及其内外壁1
10、520mm并见金属光泽，如有油污，可用丙酮或酒精等有机溶剂擦拭，但不要用钢丝刷或砂布进行清理。焊丝的选择：奥氏体不锈钢的焊接，常采用同材质焊接材料，因此，选择日本日铁住溶接工业株式会社生产的YT-304H（2.4mm）焊丝，其化学成分见下表。2007-11-27焊前准备化学元素CMnSiSP百分比Wt%0.113.200.200.0030.004化学元素NiCrCuNbN百分比Wt%15.9818.412.990.660.21试件对口钝边、间隙尺寸见图1所示。在对口根部定位焊，定位焊后应检查焊点质量，如有缺陷应立即清除，重新进行定位焊。定位焊后管子两侧及坡口周围用胶布封堵做成气室，上侧先预留一
11、个小孔，氩气从下面充入管内，先用胶布把坡口周围封住，充氩气1分钟后，通过观察打火机熄灭情况判断保护效果，满足要求后方可施焊。定位焊及正常施焊过程中不得在管子表面试电流，随便引弧。2007-11-27对口装配及定位焊为防止根层焊缝金属氧化，氩弧焊打底和第一层填充时管内均需充氩气保护，氩气流量为512 L/min。施焊过程中氩气的流量为812 L/min。氩弧焊时各层的焊接规范参数见表4。表4：焊接规范参数2007-11-27焊接操作工艺焊层焊道焊接方法焊条（丝）电流范围电压范围(V)焊接速度(mm/min)焊层厚度(mm)型(牌)号规格(mm)极性电流(A)1GTAWYT-304H2.4直流正接
12、768191022293.02GTAWYT-304H2.4直流正接858791025282.03/1-2GTAWYT-304H2.4直流正接859391028352.04/1-2GTAWYT-304H2.4直流正接737791022272.0外观检查：表面无缺陷，外观检查符合DL/T868标准要求。射线探伤：检验标准为DL/T821-2002，未发现缺陷，质量等级为I级片。力学性能检验2007-11-27焊后检验2007-11-27力学性能取样部位1，拉伸试样2、3，侧弯试样4，冲击试样5，金相试样根据GB 2651-1989进行拉伸试验，试验结果如表5所示：2007-11-27拉伸试验试样编
13、号宽度(mm)厚度(mm)断面积(mm2)负荷值（N）抗拉强度(MPa)断后断裂处出现的缺陷断裂位置种类数量Ws-169-488127.994.8650686.0无0断母材Ws-169-488-1B127.994.8645680.0无0断母材根据GB 2653-1989进行面弯和背弯试验，试验结果如表6所示2007-11-27面弯与背弯试验试样编号宽度(mm)厚度(mm)压头直径(mm)弯曲角度（）缺陷情况结论面弯背弯Ws-169-488207.931.6180裂纹长 合格Ws-169-488-2B207.931.6180未发现缺陷合格Ws-169-488207.931.6180未发现缺陷合格
14、Ws-169-488-3B207.931.6180未发现缺陷合格根据GB/T 17394-1998进行布氏硬度（HBS）试验，试验结果见表72007-11-27硬度试验试样编号母材热影响区焊缝硬度值（HB）结果IIIIIIIVV平均值169-4881-Ws202195182191184191合格215188192213196201合格203209212185222206合格169-4882-Ws183194188199215196合格176192196194178187合格214211200202211208合格微观金相结论：最终焊接接头得到奥氏体+铁素体组织，符合要求。2007-11-27微
15、观金相检验母材图(奥氏体组织)熔合线(奥氏体+铁素体组织)热影响区(奥氏体+细小铁素体组织)针对SUPER304H钢的成份、特点及焊接中需注意的事项，通过制定焊接工艺操作方案，严格按要求进行焊接工艺评定，试件的所有试验结果均符合要求，说明制定的工艺评定参数是合理的，工艺评定获得圆满成功。我们认为对于SUPER304H钢的焊接，关键在于操作中特别要注意以下几项，严格按要求进行焊接，就可获得优质的焊接接头。u1、选择与母材相配备，并含有一定量的铌的焊接材料是避免产生晶间腐蚀和热裂纹的重要措施。u2、焊接操作中采用小电流、快焊速、短弧多道焊工艺措施，焊接过程中不作横向摆动。u3、为保证根部质量，焊口
16、背面应采取充氩气保护的措施。u4、严格控制层间温度，焊接过程中用手提式测温仪进行温度监控，确保层间温度不超过100，每层焊后用水快速冷却，是防止产生晶间腐蚀的关键一环。2007-11-27结论1、新型耐热钢焊接杨富、章应霖、任永宁、李为民 中国电力出版社。2、Takao Kan and others.Properties and experiences of a new austenitic stainless steel SUPER304H（0.1C-18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N）for boiler tube application.日本住友技术交流资料，2001。3、焊工工艺学机械工业出版社。4、焊接工艺伍广主编 化学工业出版社。2007-11-27参考文献