低合金耐热钢再热裂纹敏感性的评判方法技术

本发明专利技术提供了一种低合金耐热钢再热裂纹敏感性的评判方法，其主要步骤为：（1）取样并制成金相样；（2）测量试样中晶粒的晶界和晶粒内部的硬度并计算硬度差；（3）选取多个晶粒测量并且计算硬度差的平均值；（4）对比各个试样的硬度差平均值，硬度差较小的试样再热裂纹敏感性较低，反之较高。本发明专利技术能够较为简便地测定低合金耐热钢的再热裂纹敏感性。相比于常规再热裂纹敏感性的测定方法（Y型拘束裂纹试验和高温缓慢拉伸试验），本发明专利技术不需要对试样进行焊接、对其大小及形状没有要求且主要步骤为硬度的测量，故具有较大的简便性。

【技术实现步骤摘要】
低合金耐热钢再热裂纹敏感性的评判方法
本专利技术提供了一种低合金耐热钢再热裂纹敏感性的评判方法。
技术介绍
在低合金高强钢、珠光体耐热钢以及沉淀硬化的钢的焊接接头中，在进行消除应力的热处理或在一定温度下服役时，其热影响区粗晶区部位会产生再热裂纹。钢中Cr、Mo、V、Nb和Ti等元素会促使形成再热裂纹。再热裂纹属于严重的危害性缺陷，极易导致容器内充装介质的泄露或压力容器的瞬间爆破，从而危害公共财产和生命安全。特别是用于超超临界火电厂的再热器、过热器和水冷壁管。由于超超临界机组的工作温度（>600℃）和蒸气压较高（>30MPa），将会导致再热裂纹的快速扩展，最终发生过热器或水冷壁爆管等失效问题，严重影响超超临界火电机组的安全性和效率。T23钢是日本住友金属株式会社在我国G102的基础上进行改进，形成以W-Mo的复合固溶强化以及Cr的碳化物和Nb的碳氮化物弥散沉淀强化的低合金耐热钢。由于具有较低的碳含量，一般认为T23钢具有好的焊接性。由于该钢在(550-600)℃具有良好的蠕变性能和许用应力，不需要进行代价昂贵且难以实施的焊前预热和焊后热处理且满足焊后焊缝和热影响区硬度不大于350HV的有关规定，故被广泛应用在1000MW超超临界锅炉水冷壁等部位。但是，该钢在超超临界锅炉中出现的水冷壁焊缝裂纹等早期失效问题以及在运行前期检测时均在多处焊缝发现裂纹的存在，引起了业界的广泛关注，成为困扰超超临界机组安全稳定运行的难题之一，其应用前景也受到了质疑。一些学者们对此进行了研究并发现，T23钢焊接接头内的裂纹属于再热裂纹。并且，他们认为T23水冷壁失效的内因是由于T23钢具有较强的再热裂纹敏感倾向。通常的再热裂纹敏感性测量方法有：1.理论计算方法通过大量试验数据整理，研究人员在此基础上得到了多种经验公式。其中有定量表示合金元素对再热裂纹敏感性的影响的三种经验公式：ΔG=Cr+3.3Mo+8.1V-2(1)当ΔG>0，易裂ΔG1=Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2(2)当ΔG1>2，易裂；当ΔG1<1.5，不易裂PSR=Cr+Cu+2Mo+5Ti+7Nb+10V-2(3)当PSR>0，易裂这些公式具有一定的参考意义，但也仅仅是一些经验公式，故缺少准确性。同时，每种公式需要有一些特定的成分与之对应，因而在普适性上也有所欠缺。2.自拘束实焊接头试验自拘束实焊接头试验包括斜Y型坡口焊接裂纹实验、里海拘束试验等。为了使试验焊道产生较高的拘束度，这类试验通过焊接拘束焊道，从而形成较高水平的残余应力。焊后进行消除应力热处理，然后对试样进行解剖，通过探伤检查裂纹，用断面裂纹率和表面裂纹率来评价再热裂纹敏感性。这种方法的优点在于测试得到的再热裂纹敏感性较为准确。但是，由于需要焊接拘束焊道，故该方法需要较大较厚的试样。并且，该方法还涉及到解剖和探伤。所以，利用该方法测量再热裂纹敏感性较为复杂且成本较高。3.高温缓慢拉伸试验C.F.Meitzner证明里海拘束试验中的裂纹扩展程度，与高温恒速拉伸试验后的断面收缩率和伸长率有很好的对应关系。将进行模拟焊接热循环后的试样分别加热到不同温度，保温一定时间，然后以较为缓慢的应变速率拉伸（0.8mm/min~1.0mm/min），直到拉断。根据高温断裂时的塑性指标，即断面收缩率Z（ReductionofArea，RoA）或伸长率来判断材料再热裂纹敏感性：断面收缩率或伸长率越高，再热裂纹敏感性较低，越低则再热裂纹敏感性越高。这种方法需要选择焊接接头的热影响区制成拉伸试样，由于一般焊接接头的热影响区较窄，故该方法的制样过程较为复杂。同时，高温的试验环境导致该方法对实验设备也有较高的要求。4.Gleeble热模拟法利用Gleeble热模拟机可以模拟整个焊接过程，使得试样内部大部分组织均为焊接热影响区。并且，通过Gleeble热模拟试样还可以得到试样的应力-断裂曲线，可较为直接地观察热影响区内再热裂纹敏感性的大小。但是Gleeble热模拟法制样较为复杂，设备的成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低合金耐热钢再热裂纹敏感性的评判方法。目前，再热裂纹的形成机理虽尚未形成统一定论，但被广泛接受的是晶内沉淀强化理论和晶界沉淀强化理论。晶内沉淀强化理论强调晶内由于析出相的强化作用，使晶内强度过高，从而晶界相对弱化；晶界沉淀强化理论强调晶界析出相的影响，认为晶界上非共格的析出相会使空洞在该位置形核，应力松弛和蠕变过程中，优先在晶界处开裂。因此，晶内及晶界的强度决定其在应力松弛和蠕变过程中的变形能力。当晶内强度过高时，变形优先集中在晶界；当晶界强度相对较高时，变形优先集中在晶内。根据再热开裂的形成机理，不管是晶内沉淀强化理论还是晶界沉淀强化理论，形成的根本原因在于晶内及晶界的强度差较大，难以协调应力松弛和蠕变过程中的塑性变形。因此，再热裂纹敏感性最终取决于其晶内及晶界的强度差。晶内及晶界的强度差越大，越容易产生应力集中，易发生沿晶断裂，再热裂纹敏感性越高。硬度是金属材料最重要的机械性能之一，其值高低可以直接反映强度的高低。而且，硬度的测量较为简便，因而利用硬度来反映强度可以提高强度测量的便捷性。综上得，当晶界强度和晶内硬度差值过大时，裂纹就容易产生并且沿着硬度较低的部位扩展。因而只要得到晶内和晶界硬度的差值即可判定该试样再热裂纹敏感性的高低。根据上述目的以及原理，本专利技术采用如下技术方案为：一种低合金耐热钢再热裂纹敏感性的评判方法，其特征在于该方法是测量试样晶粒的晶界和晶内硬度并计算硬度差，硬度差小于10HV的再热裂纹为低敏感性，硬度差大于12HV的再热裂纹为高敏感性。上述的低合金耐热钢再热裂纹敏感性的评判方法，其特征在于该方法的具体步骤为：a.取样经过打磨—抛光—腐蚀，达到在金相显微镜下清楚地看到晶界；b.选取视野中的一个晶粒并且测量其晶界和晶粒内部的显微维氏硬度；c.计算晶界和晶内的硬度差；d.重复步骤b和步骤c并且计算所得到硬度差的平均值；e.选取其他的试样重复步骤a到步骤d；f.对比各个试样的硬度差平均值，硬度差较小的试样再热裂纹敏感性较低，反之较高；所述的测量硬度时使用的载荷为10g~50g，晶界和晶内硬度点的距离为3μm~8μm。测定试样内晶界和晶内硬度的差值用来反映该试样再热裂纹敏感性的高低。与常规的方法相比，本专利技术所提出的判定低合金耐热钢再热裂纹敏感性的方法不需要对试样进行焊接、制样较为简单且对实验设备的要求也较低。所以，利用本方法判定再热裂纹敏感性比常规方法便捷许多。附图说明图1为晶界和晶内硬度测量示意图；图2为经过650℃焊后热处理后四炉T23高温缓慢拉伸伸长率；图3为经过650℃焊后热处理后四炉T23晶界晶内硬度差；图4为经过730℃焊后热处理后四炉T23高温缓慢拉伸伸长率；图5为经过730℃焊后热处理后四炉T23晶界晶内硬度差。具体实施方式试样选取不同成分的T23耐热钢，其化学成分如表1所示：由于T23焊接接头经过不同温度焊后热处理后热影响区的再热敏感性不同，为了得到不同的再热裂纹敏感性，对这四炉T23耐热钢焊接接头分成两组进行试验。第一组对这四炉焊接接头进行650℃焊后热处理，第二组为730本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低合金耐热钢再热裂纹敏感性的评判方法，其特征在于该方法是测量试样晶粒的晶界和晶内硬度并计算硬度差，硬度差小于10 HV的再热裂纹为低敏感性，硬度差大于12 HV的再热裂纹为高敏感性。

【技术特征摘要】
1.一种低合金耐热钢再热裂纹敏感性的评判方法，其特征在于该方法是测量试样晶粒的晶界和晶内硬度并计算硬度差，硬度差小于10HV的再热裂纹为低敏感性，硬度差大于12HV的再热裂纹为高敏感性。2.根据权利要求1所述的低合金耐热钢再热裂纹敏感性的评判方法，其特征在于该方法具体步骤为：a.取样经过打磨—抛光—腐蚀，达到在金相显微镜下清楚地看到晶界；b...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱丽慧，周任远，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31