NiCrMoV異種鋼の特性と微細構造の接合溶接に関する研究

ローターは、大型蒸気タービン設備のコアコンポーネントのXNUMXつです。 現在、主にセット、全断面、溶接のXNUMXつの製造方法があります。 前のXNUMXつの方法と比較して、溶接ローターは、柔軟な設計、コンパクトな構造、軽量、優れた剛性、および動作応力を備えています。 小型で、品質保証が容易で、生産サイクルが短い、低セグメントの鍛造品の利点は、世界中の多くの蒸気タービンメーカーによって選択されています。 高圧、中圧、低圧の一体型ローターの場合、さまざまなグレードの材料をさまざまな部品に使用して、材料の特性を最大化し、理想的な組み合わせを実現し、貴重な要素を節約し、製造コストをさらに削減できます。

単気筒蒸気タービン、ガスタービン/コンバインドサイクル蒸気タービン、超超臨界蒸気タービンの高圧/中圧ローターの製造には、異種鋼溶接技術が徐々に適用されてきました。 NiCrMoV鋼は、大型蒸気タービンで一般的に使用される低合金高張力鋼の一種です。 高強度で低温衝撃性能に優れています。 Ni、Cr、Mo、Vなどのいくつかの基本元素のさまざまな比率に応じて、さまざまな強度レベルで構成できます。鋼の構造と特性。

この種の材料は、焼戻し脆化に対する感度が高く、350〜500℃で長期間使用すると脆性が発生しやすくなります。 時効後のNiCrMoV異種鋼溶接ローターに脆性が発生するかどうかについての研究報告はありません。 NiCrMoV鋼の250〜400℃の時効脆性と、時効、残留オーステナイトの分解、溶質原子の偏析の際に粒界および亜粒界に沿ってフレーク状炭化物が析出することが文献で指摘されている。関連する元のオーステナイト粒界で。

本論文では、異種NiCrMoV鋼からなる溶接ローターシミュレーション部品の溶接継手を選択し、シミュレーション使用環境下で3500時間エージングし、シミュレーション部品の各領域からサンプルを採取して衝撃試験を行い、化学組成を調べます。影響を受けたサンプルの金属組織学が実行されます。 顕微鏡、走査型電子顕微鏡、電子後方散乱、およびその他の実験的分析により、時効後の溶接継手の靭性と微細構造の内部関係を研究します。 研究結果は、使用中の蒸気タービン溶接ローターの材料損傷と脆化の分析の基礎を提供し、制御戦略を提案します。

試験材料は22Cr2NiMoWVおよび30Cr2Ni4MoV鋼鍛造品です。 これらの材料は両方とも超高純度鋼であり、S、P、As、Sn、Mnなどの不純物の含有量を最小限に抑えます。 機械的特性を表1に示します。

これら2種類の鋼の異種鋼溶接シミュレーション部品は、狭ギャップ溝、アルゴンアーク溶接バッキング、深狭ギャップサブマージアーク溶接、多層およびマルチパス溶接によって形成され、溶接材料は以下を含む特殊な溶接ワイヤです。 350％Ni。 溶接後、模擬部品に局所応力緩和熱処理と1000℃×XNUMX時間の時効処理を施します。 次に、エージング状態と非エージング状態でシミュレートされた部品を機械的に切断して、衝撃試験、金属組織学的分析、走査型電子顕微鏡分析、およびEBSD分析用のサンプルを準備します。

異種NiCrMoV鋼の溶接金属に保持されたオーステナイトは、時効過程で熱不安定分解を受け、ラスに沿ったマルテンサイトバー間に炭化物が析出します。 金属組織学と走査型電子顕微鏡による微細構造の観察と分析は、NiCrMoV鋼の異種接合部が時効処理され、炭化物が粒界と亜粒界に析出し、粒界を弱めることを示しています。

異種のNiCrMoV鋼溶接金属が時効した後、保持されたオーステナイトの分解、N粒界の偏析、および粒界に沿った炭化物の析出が一緒になって、その靭性の低下に寄与します。

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