NiCrMoV異種鋼接頭焊縫性能及顯微組織研究

轉子是大型汽輪機設備的核心部件之一。 目前主要有三種製造方法：組套、整段和焊接。 與前兩種方法相比，焊接轉子設計靈活，結構緊湊，重量輕，剛性好，工作應力大。 低、分段鍛件體積小、質量容易保證、生產週期短等優點已被世界上許多汽輪機製造商選用。 對於高、中、低壓一體化轉子，不同部位可採用不同等級的材料，最大限度地發揮材料的特性，達到理想組合，節省貴重元素，進一步降低生產成本。

異種鋼焊接技術已逐步應用於單缸汽輪機、燃氣輪機/聯合循環汽輪機、超超臨界汽輪機高/中壓轉子的生產中。 NiCrMoV鋼是一種常用於大型汽輪機的低合金高強度鋼。 它具有高強度和良好的低溫衝擊性能。 根據Ni、Cr、Mo、V等幾種基本元素的比例不同，可組成不同強度等級、組織和性能的鋼。

這種材料對回火脆化的敏感性很高，在350～500℃長期使用時容易產生脆性。 NiCrMoV異種鋼焊接轉子時效後是否發生脆性，目前尚無研究報導。 文獻指出NiCrMoV鋼在250～400℃範圍內時效脆性大，時效時沿晶界和亞晶界析出片狀碳化物，殘餘奧氏體分解，溶質原子偏析與原始奧氏體晶界有關。

本文選取異種NiCrMoV鋼焊接轉子模擬件的焊接接頭在模擬使用環境下時效3500h，然後在模擬件上各區域取樣進行沖擊試驗，化學成分並對沖擊樣品進行金相分析。 顯微鏡、掃描電鏡、電子背散射等實驗分析，研究時效後焊接接頭韌性與顯微組織的內在關係。 研究結果為現役汽輪機焊接轉子材料損傷和脆化分析提供依據，並提出控制策略。

試驗材料為22Cr2NiMoWV和30Cr2Ni4MoV鋼鍛件。 這兩種材料都是超純鋼，將S、P、As、Sn、Mn等雜質的含量降到最低。 力學性能見表1。

這兩種鋼的異種鋼焊接模擬件由窄間隙坡口、氬弧焊打底和深窄間隙埋弧焊、多層多道焊形成，焊接材料為含有特殊焊絲的特殊焊絲。 2% 鎳。 焊後對模擬件進行局部去應力熱處理和350℃×1000h時效處理。 然後，對時效狀態和非時效狀態的模擬零件進行機械切割，製備用於衝擊試驗、金相分析、掃描電鏡分析和EBSD分析的試樣。

異種NiCrMoV鋼焊縫金屬中的殘餘奧氏體在時效過程中發生熱不穩定分解，碳化物沿板條在馬氏體條間析出。 金相和掃描電鏡對顯微組織的觀察和分析表明，NiCrMoV鋼異種接頭經過時效處理，在晶界和亞晶界處析​​出碳化物，削弱了晶界。

異種NiCrMoV鋼焊縫金屬時效後，殘餘奧氏體分解、N晶界偏析和沿晶界析出碳化物共同導致其韌性下降。

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