改善Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝及改善其组织与性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝及改善其组织与性能的方法，所述方法包括：选取三种不同成分的焊丝熔敷金属进行测试和分析了熔敷金属的化学成分、显微组织和力学性能以及高温持久条件下的组织转变，选取出基本性能良好的焊丝，通过该焊丝焊接了Super304H钢管，分析了焊接接头的显微组织和力学性能，获得Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝改善方法：焊态熔敷金属中的析出相为Nb(C,N)，铌元素的含量是决定铌相数量和尺寸的主要因素铌含量为0.28％的熔敷金属具有最佳的综合性能。

Method for improving weld seam of Super304H austenitic corrosion resistant steel and improving its microstructure and properties

The invention relates to a corrosion resistant steel Super304H austenitic weld and the methods to improve the microstructure and properties, the method includes three kinds of deposited metal were tested and analyzed the chemical composition of deposited metal, microstructure and mechanical properties of high temperature and long holding conditions of organizational change. The selected basic the good performance of the wire, the welding wire of Super304H steel, microstructure and mechanical properties of welded joint were analyzed, improved methods of Super304H austenitic steel weld corrosion: precipitation welded in the deposited metal phase is Nb (C, N), the content of niobium niobium content is determined phase number and size of the main factors the Nb 0.28% deposited metal has the best comprehensive performance.

【技术实现步骤摘要】
改善Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝及改善其组织与性能的方法
本专利技术涉及一种Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝及改善其组织与性能的方法。
技术介绍
随着超超临界机组的发展，为满足电站锅炉高温部件对材料的要求，具有高持久强度、组织稳定性好、耐高温腐蚀等性能优良的新型奥氏体耐热钢材料相继诞生。工作在600～650℃蒸汽温度下的过热器和再热器高温段的材料为Super304H奥氏体耐热钢。为解决我国对其完全依赖进口的现状，必须同步实现Super304H钢管及其配套焊丝的国产化。有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝及改善其组织与性能的方法，使其更具有产业上的利用价值。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种改善Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝及改善其组织与性能的方法。本专利技术改善Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝组织与性能的方法，包括：选取三种不同成分的焊丝熔敷金属进行测试和分析了熔敷金属的化学成分、显微组织和力学性能以及高温持久条件下的组织转变，选取出基本性能良好的焊丝，通过该焊丝焊接了Super304H钢管，分析了焊接接头的显微组织和力学性能，获得Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝改善方法：焊态熔敷金属中的析出相为Nb(C,N)，铌元素的含量是决定铌相数量和尺寸的主要因素铌含量为0.28％的熔敷金属具有最佳的综合性能。进一步地，具体包括：焊缝金属的合金设计：根据奥氏体耐热钢焊丝设计经验和相关的理论计算，设计焊缝中部分元素的添加量为C0.08～0.1％，Si0.2～0.4％，Mn3～3.5％，S≤0.003％，P≤0.003％，Cr18～19％，Ni15～17％，Mo0.8～1％；确定焊缝中氮、铌元素的添加量分别为N0.1～0.13％，Nb0.55～0.7％或Nb0.3％左右；设计焊缝中铜的添加量为3～4％；进行焊丝熔敷金属的化学成分、熔敷金属的显微组织分析、铌、碳含量对Nb(C,N)相的影响、熔敷金属的力学性能的分析，其中熔敷金属的显微组织分析包括凝固亚晶界与铌相、凝固晶界；铌、碳含量对Nb(C,N)相的影响采用热力学理论计算和定量相分析两种方式进行；熔敷金属在高温持久应力下的组织转变：高温持久参数的确定，对熔敷金属的高温持久试验选取200MPa作为持久应力，考察其在650℃温度下的持久性能；高温持久后的显微组织分析：凝固亚晶界与铌相、凝固晶界、第二相的析出，其中，所述第二相析出包括：M23C6相、NbCrN相、α相，并进行相析出对耐蚀性的影响的分析；Super304H钢管焊接接头组织与性能分析：钢管接头的焊接；焊缝的化学成分分析；焊接接头的显微组织分析、接头的力学性能分析，其中焊接接头的显微组织分析包括：凝固亚晶界和铌相、迁移晶界、热影响区、晶界液化；基于以上分析得到Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝组织与性能的改善方法，其中采用铌含量为0.28％的焊丝对Super304H固溶态钢管进行焊接，当焊接热输入控制在14kJ/cm以下时得到成形良好的焊接接头；为降低弯曲凝固晶界的能量，可在部分区域观察到晶界发生平直化的迁移晶界，迁移晶界穿过凝固亚晶的中心，在多道焊热循环的影响下，凝固晶界的实际迁移距离在5～15μm范围内；焊缝的冲击韧性与其熔敷金属的十分接近。热影响区和熔合线冲击韧性较高。本专利技术Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝，其铌含量的质量百分比为0.28％。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：1、采用铌含量为0.28％的焊丝对Super304H固溶态钢管进行焊接，考虑母材对热裂纹的敏感性，当焊接热输入控制在14kJ/cm以下时得到成形良好的焊接接头。由于焊缝的成分与其熔敷金属相近，焊缝同样为全奥氏体组织，其析出相的数量、分布、形状和尺寸与其熔敷金属相似。2、由于铌相稳定性高，受到焊接二次热循环影响的焊缝区域，凝固亚晶界发生了一定程度的溶解，但分布其上的铌相并没有完全溶解。为降低弯曲凝固晶界的能量，可在部分区域观察到晶界发生平直化的迁移晶界，迁移晶界穿过凝固亚晶的中心。在多道焊热循环的影响下，凝固晶界的实际迁移距离在5～15μm范围内。3、热影响区粗晶区的宽度约为700μm，由于母材为固溶态组织，在14kJ/cm的热输入下其晶粒粗化并不严重。热影响区的部分区域可见呈点列状分布的铌相，该种铌相对热影响区的晶界具有钉扎作用。由于晶粒长大导致杂质元素的富集，受焊接二次热循环影响的紧靠熔合线的区域的晶界发生液化现象。4、焊接接头室温屈服强度可达308MPa，拉伸试样断面收缩率为40％，满足接头拉伸性能的最低要求，并有一定的裕量。由于焊接热输入相同且焊缝的化学成分与其熔敷金属相近，因而焊缝的冲击韧性与其熔敷金属的十分接近。热影响区和熔合线冲击韧性较高。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是3#熔敷金属凝固亚晶界的不同截面与铌相，(1)金相组织，(2)SEM组织；图2是1#熔敷金属凝固亚晶界的不同截面与铌相，(1)金相组织，(2)SEM组织；图32#熔敷金属凝固亚晶界的不同截面与铌相，(1)金相组织，(2)SEM组织；；图43#熔敷金属中的凝固晶界；图51#熔敷金属中的凝固晶界；图62#熔敷金属中的凝固晶界；图71#、2#熔敷金属合金系Thermo-calc析出相质量分数，(1)1#熔敷金属，(2)2#熔敷金属；图83#熔敷金属合金系Thermo-calc析出相质量分数；图9熔敷金属XRD分析；图10熔敷金属的拉伸性能；图11熔敷金属冲击断口典型形貌，(1)1#、2#熔敷金属断口形貌，(2)3#熔敷金属断口形貌；图12凝固亚晶界的不同截面与铌相；图13凝固亚晶界和铌相的典型SEM形貌，(1)位置1，(2)位置2；图14高温持久后凝固晶界的形貌；图15熔敷金属合金系Thermo-calc析出相质量分数；图16高温持久熔敷金属XRD分析，(1)持久应力78MPa，(2)持久应力200MPa；图17高温持久试样的电解腐蚀形貌；图18母材的组织形貌；图19母材中的铌相；图20未受二次热循环影响的焊缝凝固亚晶界的不同截面与铌相，(1)金相组织，(2)SEM组织；图21受二次热循环影响的凝固亚晶界与铌相；图22焊缝中的凝固晶界与迁移晶界，(1)凝固晶界，(2)迁移晶界；图23母材热影响区组织；图24熔合线位置的组织形貌。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。Super304H钢TIG焊丝成分设计TIG焊是奥氏体耐热钢焊接的常用方法，由于焊接过程中接头采取氩气保护，因此，能够有效地保护熔池并最大限度地降低元素的损失。在氩气保护充分的前提下，焊丝中的合金元素几乎可以全部过渡到熔池，因而焊丝的成分直接决定了熔敷金属和焊缝的成分。母材合金元素较多且合金化机理较为复杂，只有对合金元素的种类和含量进行合理设计才能够保证接头焊缝的性能。考虑到母材中合金元素作用的不可替代性，焊丝中的合金元素种类应与母材的合金元素尽量保持一致，但必须注意母材与焊缝在组织与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝组织与性能的方法，其特征在于，包括：选取三种不同成分的焊丝熔敷金属进行测试和分析了熔敷金属的化学成分、显微组织和力学性能以及高温持久条件下的组织转变，选取出基本性能良好的焊丝，通过该焊丝焊接了Super304H钢管，分析了焊接接头的显微组织和力学性能，获得Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝改善方法：焊态熔敷金属中的析出相为Nb(C,N)，铌元素的含量是决定铌相数量和尺寸的主要因素铌含量为0.28％的熔敷金属具有最佳的综合性能。

【技术特征摘要】
1.一种改善Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝组织与性能的方法，其特征在于，包括：选取三种不同成分的焊丝熔敷金属进行测试和分析了熔敷金属的化学成分、显微组织和力学性能以及高温持久条件下的组织转变，选取出基本性能良好的焊丝，通过该焊丝焊接了Super304H钢管，分析了焊接接头的显微组织和力学性能，获得Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝改善方法：焊态熔敷金属中的析出相为Nb(C,N)，铌元素的含量是决定铌相数量和尺寸的主要因素铌含量为0.28％的熔敷金属具有最佳的综合性能。2.根据权利要求1所述的改善Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝组织与性能的方法，其特征在于，具体包括：焊缝金属的合金设计：根据奥氏体耐热钢焊丝设计经验和相关的理论计算，设计焊缝中部分元素的添加量为C0.08～0.1％，Si0.2～0.4％，Mn3～3.5％，S≤0.003％，P≤0.003％，Cr18～19％，Ni15～17％，Mo0.8～1％；确定焊缝中氮、铌元素的添加量分别为N0.1～0.13％，Nb0.55～0.7％或Nb0.3％左右；设计焊缝中铜的添加量为3～4％；进行焊丝熔敷金属的化学成分、熔敷金属的显微组织分析、铌、碳含量对Nb(C,N)相的影响、熔敷金属的力学性能的分析，其中熔敷金属的显微组织分析包括凝固亚晶界与铌相、凝固晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新，吴智泉，张志刚，王泽璞，陈鑫，王丽伟，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11