T/P91钢热处理强化及焊接接头组织性能研究

论文摘要

T/P91钢是一种新型的马氏体耐热钢,它是改进的9Cr1- Mo钢,其主要优点是低的热膨胀性,良好的导热性,加工性和抗氧化性,高的韧性和表面裂纹易被检测性,且在高温下有较高的蠕变和持久强度及许用应力,正适合各种大型电站锅炉及燃气轮机锅炉的电力机组部件,解决老机组锅炉由于使用12Cr1MoV或102钢材因超高温而造成的爆管现象,所以T91钢已成为世界各国普遍关注的钢种。本文通过正交试验、金相试验与力学性能试验的综合评定,筛选出最佳热处理工艺即:固溶温度控制在10301060℃;固溶时间控制在1015min;高温回火工艺是30min内820℃或90min左右760℃。此结果可为T91管生产厂家及现场焊接热处理工艺制定者提供参考。本文通过模拟T91钢管的现场烧焊,对比了实际操作中可能出现的几种焊接工艺,并解决了工程实际中的焊缝热处理后硬度值偏低问题。试验结果显示:焊接参数的大小对焊缝及其热影响区的晶粒大小及焊缝柱状晶区占整个焊缝的截面积比成正比关系,但力学性能符合要求;焊缝热处理后硬度值偏低是由于里氏硬度检测仪在现场管道的检测上误差过大造成的;焊接过程中应严格按照规范操作,并在能正确完成施焊的情况下,尽量选择小的焊接参数（焊接参数过大会造成咬边等缺陷）和低的层间温度。本文通过模拟P91钢管的烧焊分析了焊缝金属中存在线状黑色阴影线问题。结果显示焊缝金相黑色阴影线是由于阴影线区域碳化物较密集,而碳化物与基体对腐蚀溶液的耐腐蚀性不一致造成的。黑色阴影线对接头的常温性能无不利影响,对产品的长期运行产生的影响,还需要进一步的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锅炉管道用耐热钢的发展概况及国内外研究现状
• 1.2.1 锅炉管道用耐热钢的发展概况
• 1.2.2 国外T/P91 钢的研究现状
• 1.2.3 国内T/P91 钢的研究现状
• 1.2.4 在我国T/P91 钢的应用前景
• 1.3 本课题的研究意义及内容
• 1.3.1 课题的研究意义
• 1.3.2 课题研究内容
• 第2章 试验原理及方法
• 2.1 引言
• 2.2 显微组织结构分析
• 2.2.1 金相显微组织观察
• 2.2.2 扫描电镜观察及能谱分析
• 2.3 硬度测量
• 2.4 力学性能测定
• 2.4.1 拉伸性能
• 2.4.2 冲击性能
• 2.5 无损检测
• 2.5.1 无损检测简介
• 2.5.2 无损检测方法
• 2.6 正交试验设计原理
• 2.6.1 正交试验设计的基本概念
• 2.6.2 正交试验设计的基本原理
• 2.6.3 正交表
• 2.6.4 正交表的基本性质
• 2.6.5 正交试验设计的基本程序
• 2.7 光谱试验
• 2.7.1 光谱仪
• 2.7.2 样品制备
• 2.7.3 试验及显示
• 2.8 本章小结
• 第3章 热处理对T/P91 钢组织性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 T/P91 钢中合金元素的影响
• 3.2.1 Cr 的作用
• 3.2.2 Mo 的作用
• 3.2.3 B 的作用
• 3.2.4 V 和Nb 的作用
• 3.2.5 W 的作用
• 3.2.6 C 的作用
• 3.3 T/P91 钢的强化方法
• 3.3.1 固溶强化
• 3.3.2 板条马氏体强化
• 3.3.3 位错强化
• 3.3.4 沉淀和弥散强化
• 3.4 T91 钢最佳热处理方案的试验
• 3.4.1 T91 试样制备及规格
• 3.4.2 T91 热处理正交试验设计方法
• 3.4.3 金相比较
• 3.4.4 力学性能
• 3.5 本章小结
• 第4章 T/P91 钢的不同焊接工艺对组织性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 T/P91 钢焊接的主要问题
• 4.3 T/P91 钢焊接工艺要求
• 4.3.1 焊前准备
• 4.3.2 充氩保护
• 4.3.3 焊接规范的选择
• 4.3.4 焊接
• 4.3.5 焊后热处理
• 4.4 T91 钢不同全氩焊工艺的性能、组织比较
• 4.4.1 T91 钢管的焊接
• 4.4.2 硬度及力学试验结果分析
• 4.4.3 金相及宏观组织对比
• 4.4.4 无损检测
• 4.5 本章小结
• 第5章 P91 焊缝表面线状黑色阴影线成因及对接头性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 P91 钢焊缝金属线状黑色阴影线模拟实验
• 5.2.1 模拟产品实物试验
• 5.2.2 模拟试样的金相分析
• 5.2.3 模拟试样的扫描电镜和能谱分析
• 5.2.4 模拟试样的力学性能试验
• 5.2.5 结果分析
• 5.3 P91 钢焊缝黑色阴影线成因及其对接头性能的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 大摘要