专利名称：一种预测650℃时效后奥氏体耐热钢焊缝冲击功的方法
技术领域：
本发明涉及一种预测钢焊缝冲击功的方法，特别涉及一种用于新型奥氏体耐热钢 焊缝运行时效过程中冲击功的判定方法，属金属材料技术领域。
背景技术：
超超临界机组是目前火力发电的主要发展方向，随着蒸汽参数的提高要求钢材性 能不断提高，为此出现了一批新型的耐热钢，对这些钢在应用过程中的性能变化还处于探 索阶段，而Super304H钢是其中一种新型奥氏体耐热钢，主要用于超超临界锅炉高温过热 器和再热器的高温段。Super304H钢在550°C _750°C范围内具有一定的时效脆化倾向，特别 是焊缝金属时效后脆化尤为严重，成为整个焊接接头韧性的薄弱环节。中国已建的1000MW 超超临界锅炉过热器和再热器的蒸汽温度为605°C，在我国规定管壁温度再加50°C，因此 Super304H钢部件金属运行温度约在650°C，处于时效脆化温度范围，而锅炉在启停过程 中，通常对材料的韧性有一定的要求，然而在运行过程中材料的金属组织将发生析出相的 析出和长大，尤其是M23C6型碳化物的变化将会对材料的性能产生较大影响，因此应了解运 行后焊接接头中薄弱环节即焊缝金属的脆化状态，而要掌握Super304H钢焊缝金属运行后 的脆化状态，通常需要对管材不断取样进行冲击功测试，这不仅造成检修费用增加，而且增 加焊接接头数量引起性能降低，况且有时不允许对部件进行破坏试验，因此在运行温度下， 需要提出一种预测Super304H钢焊缝金属冲击功方法，掌握650°C时效后Super304H钢焊缝 金属韧性变化情况，从而实现有效的监督。
发明内容
本发明的目的在于克服现有冲击功测试技术的不足，提供一种在不损坏锅炉运行 部件的前提下，通过测定组织中M23C6的数量来实现预测650°C时效后奥氏体耐热钢焊缝冲 击功的方法。本发明是通过以下技术方案实现的一种预测650°C时效后奥氏体耐热钢焊缝冲击功的方法新型奥氏体耐热钢Super304H焊缝冲击功和M23C6 (M23C6型碳化物是以 Cr23C6为主体，同时固溶了少量的Fe元素)的相对析出量之间存在定量关系AKV = 10. 71+34. 96θ_ΜΛι 87，Ακν为焊缝金属冲击功，Akv是根据GB 2650-2008《焊接接头冲击试验方 法》测试所得，单位为J ；M为焊缝金属组织中M23C6的相对析出量，M是根据X-射线衍射中 M23C6析出相最强峰的积分强度与基体最强峰的积分强度的比值计算出来的；取经不同运行时间的焊缝金属代样，测定金属组织中M23C6的相对析出量Μ，代入 定量关系式算出的Akv，即能预测焊缝金属冲击功的具体数值和变化趋势。分析Super304H钢焊缝金属的化学成分和组织，认为影响焊缝金属韧性的因素主 要为组织形态和析出相。在不同运行条件下，焊缝奥氏体晶粒尺寸基本没发生变化，因此引 起焊缝时效脆化的原因主要为时效过程中析出相的变化，尽管Nb(C，N)和富Cu相沉淀析出
3能够引起基体韧性下降，但由于它们的颗粒尺寸较小，基本上呈弥散分布，对韧性的损害作 用并不十分显著，反而M23C6的析出量曲线与时效脆化曲线有着较好的相对应关系，因此造 成时效脆化的根本原因应该是M23C6沿晶析出，而且析出量是决定因素。与常规冲击功测试方法相比，利用该判定方法可以快速、准确地预测Super304H 钢焊缝金属运行后的冲击功，方便快捷。不仅能够避免锅炉部件取样引起损坏，而且避免 了部件焊接接头数量增加，减少维护成本；还能够及时掌握焊缝韧性状态，了解焊缝脆化趋 势，对锅炉部件的安全监督提供依据，指导锅炉采取相应的运行方式。
图1为焊缝金属650°C时效处理500h后的XRD图谱；图2为焊缝金属650°C时效处理300h后的XRD图谱；图3为焊缝金属650°C时效处理200h后的XRD图谱；图4为焊缝金属650°C时效处理IOOh后的XRD图谱；图5为焊缝金属650°C时效处理168h后的XRD图谱；图6为焊缝金属650°C时效处理Oh后的XRD图谱。
具体实施例方式本发明的测试方法主要是利用了钢焊缝金属冲击功与钢焊缝金属组织中M23C6的 相对析出量的关系，(1)首先对Super304H钢焊缝进行650°C时效处理，分别对处理时间为0h、100h、 200h、300h和500h的Super304H钢焊缝金属进行冲击试验，得到焊缝金属的冲击功Akv分 别为 45. 7J、21. 8J、18. 0J、16. OJ 和 14. OJ0(2)分别测试上述不同时效时间下Super304H钢焊缝金属组织中M23C6的相对析出 量 M，分别为 0,0. 9645%U. 4654%U. 7224%和 1. 8453%。下面以时效处理500h的试样为例简要说明M的计算原理制备500h时效处理试 样，进行X-射线衍射(具体参数为靶材是Cu靶，扫描范围20° -100°，加速电压45kV，电 流100mA，扫描速度为2° /min，步进0.020°连续扫描)，其图谱如图1所示。测量奥氏体基 体(Y)最强峰的积分强度为22544，M23C6最强峰的积分强度为416，把X-射线衍射曲线中
白勺最强相(γ相)的强度定义成1，则i亥条曲线中-Mymmmm^m x 100%=L8453%
为相对强度，可表示M23C6的相对含量。(3) Akv和M存在下列定量关系AKV = 10. 71+34. ΘΘθ^0'87, Akv为焊缝金属冲击功， 单位J ；M为钢焊缝金属组织中M23C6的相对析出量。不同条件下Akv的实测值和根据定量关系式计算值的比较如表1所示，可见，根据 定量关系式预测的焊缝冲击功和实测值之间的偏差控制在7%以内，说明根据该定量关系 式预测的焊缝冲击功与实测值比较接近。表1奥氏体耐热钢焊缝金属组织冲击功的实测值和预测值比较
实施例1一种预测650°C时效后奥氏体耐热钢焊缝冲击功的方法在实际Super304H钢管的焊接接头上形成一小的焊缝代样，运行168h后通过 测定焊缝代样金属组织中M23C6的相对析出量M为1. 2985，代入上述定量关系式AKV = 10. 71+34. 96e_MAl_87，可计算预测焊缝金属的冲击功的具体数值Akv为18. 57J，实际焊缝冲击 功为19. 2J，二者之间的偏差为3. 28%，可见预测的焊缝冲击功与实测值比较接近。
权利要求
一种预测650℃时效后奥氏体耐热钢焊缝冲击功的方法，其特征是，包括如下步骤a.测定实际工作的Super304H钢焊缝金属组织中M23C6的相对析出量M；b.代入定量关系式AKV＝10.71+34.96e M/0.87，计算出AKV数值，式中AKV为焊缝金属冲击功，单位J；M为钢焊缝金属组织中M23C6的相对析出量，c.计算出的AKV的数值即为预测的冲击功的值。
2.按照权利要求1所述的预测650°C时效后奥氏体耐热钢焊缝冲击功的方法，其特征 是，所述的M是X-射线衍射曲线中M23C6最强峰积分强度与基体最强峰积分强度的相对比值。
全文摘要
本发明公开了一种预测650℃时效后奥氏体耐热钢焊缝冲击功的方法，该方法先测定实际运行的钢焊缝金属组织中M23C6的相对析出量M；再将M代入定量关系式AKV＝10.71+34.96e-M/0.87，计算出AKV，即能预测焊缝金属冲击功的具体数值和变化趋势。与常规冲击功测试方法相比，利用该判定方法可以快速、较定量的预测Super304H钢焊缝金属运行后的冲击功数值，对锅炉部件的安全监督提供依据，而且不需要破坏部件，方便快捷。
文档编号G01N23/083GK101894184SQ20101021692
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月5日 优先权日2010年7月5日
发明者张忠文, 彭选友, 李新梅, 杜宝帅 申请人:山东电力研究院