媒介

耐热合金可能在高温环境（通常 650~1 315 ℃领域内）服役时仍能维持其原有力学机能，可能在较长功夫内接受高温氧化侵蚀侵害，不会过快出现委顿、、蠕变、、断裂和侵蚀等失效［1］。！！！Ｒ蚨腿群辖鹪谑突、、冶金制作、、航天航空、、国防军工等行业有着宽泛利用。！！！Ｒ勒蘸辖鸹С煞址掷啵腿群辖鹉芄环殖 Fe-Cr、、Fe-Cr-Ni、、Fe-Ni-Cr 和 Ni-Fe-Cr四个别系。！！！Ｆ渲校現e-Ni-Cr 系耐热合金的 Ni 元素含量为23%~41%，Cr元素含量为15%~28%；；其重要由不变的奥氏体组成，具备高抗热循环和热应力以及高抗氧化和热侵蚀机能；；同时具备优良的抗渗碳性，出格合用于制备高温烃裂解炉炉管［2］。！！！Ｂ芄ぷ骰肪扯窳樱砸蚁┝呀饴芡獗谖露瓤纱1 000 ℃以上，炉管内介质温度约为850 ℃；；炉管内的烃类反映产品会造成其内外壁氧化、、硫化和渗碳；；除此之外，炉管还要接受内部压力、、自身重量、、温度差距引起的委顿和热冲击作用［3］。！！！＝昀矗20Cr32Ni1Nb铸造耐热合金凭借其优良的高温抗拉强度、、抗蠕变机能、、抗高温氧化、、侵蚀、、渗碳机能以及优良的经济性，成为烃类裂解炉炉治梦想的备选资料［4-5］。！！！Ｆ揪菪幸党叨 SH/T 3417《石油化工管式炉高合金炉管焊接工程技术前提》划定，20Cr32Ni1Nb 铸造耐热合金炉管通常选取高镍合金焊丝SNi6082焊接，其Ni元素含量高达70%，拥有优良的焊接工艺性，但其高温抗拉强度低，且成本较高。！！！

从焊材成分相匹配角度来看，与母材成分匹配的焊材既能实现与母材力学机能的匹配，又可两全经济性；；因而，该类型焊材拥有更好的利用远景。！！！

本钻研选取高镍和低镍两种焊丝别离进行20Cr32Ni1Nb 铸造耐热合金炉管的焊接，表征分析这两种焊接接头的显微组织，常温、、高温力学机能，探求焊材成分对焊接接头组织和机能的影响。！！！

1 、、试验资料与步骤

1.1 试验资料

母材选用国内某公司离心铸造的高温承压炉管（ZG 20Ni32Cr20Nb），尺寸为 212 mm（直径）×150 mm（长度）×11 mm（壁厚），其化学成分如表1所示，切合尺度 HGT2601《高温承压用离心铸造合金炉管》的有关要求。！！！：：：覆谋鹄胙∮酶吣偷湍不『杆浚本毒2.4 mm，其化学成分如表2所示。！！！

1.2 工艺参数

试验选取钨极氩弧焊，坡口大局如图1所示，工艺参数如表 3 所示。！！！：：：附忧埃褂蒙爸酱蚰ゴ钙驴冢⒂镁凭潦煤蠛娓桑テ淅砺鄣难趸ず陀臀。！！！：：：附庸讨校亢傅辣趁嫱财；；ひ员Ｕ掀涑尚沃柿浚慵湮露冉谥圃 150 ℃内。！！！：：：附邮迪趾螅鹄胙∪∩耄≒T）和 X 射线（RT）探伤，确：：：附咏油肺蘩砺酆湍诓咳钡。！！！

1.3 测试步骤

选取光学显微镜（Axio Lab.A1）观察焊接接头分歧区域的显微组织，取样地位如图 2a 所示；；观察前，选取王水（浓硝酸∶浓盐酸=1∶3）作为侵蚀试剂，对打磨抛光后的焊接接头进行侵蚀，侵蚀反映功夫约为8 s。！！！

选取显微硬度计（HV-1000A）测试焊接接头分歧区域的显微硬度，如图2b所示；；测试过程中，施加载荷为0.2 kg，持续功夫为10 s。！！！Ｑ∪∥⒒谥迫芾焓匝榛‥45）进行常温拉伸、、高温短时拉伸和高温悠久试验。！！！３Ｎ吕焓匝昃喑ざ 50 mm，直径 10 mm。！！！８呶露淌崩焓匝昃喑ざ 50 mm，直径5 mm，测试温度900 ℃。！！！８呶掠凭美焓匝昃喑ざ50 mm，直径5 mm，测试温度900 ℃，拉伸应力设置为40 MPa。！！！

2、、 试验了局与会商

2.1 显微组织

高镍焊丝焊接接头金相组织如图 3 所示，观察区域别离为母材、、焊缝和熔合线地位。！！！Ｍ3a为母材的金相组织，由柱状奥氏体晶：：：屯淳Ы缱槌；；高 Cr 和 Ni 含量是形成奥氏体基体的重要原因，其由 γ 相、、γ'相（Ni3AlTi）、、γ''相（Ni3Nb）和碳化物相组成；；网状晶界则是碳化物相，其通常由NbC和M23C6组成［6-7］。！！！Ｍ 3b 是焊缝的金相组织，其由藐小的柱状奥氏体晶：：：脱鼐Ы缟⒉嫉牧醋椿蛘呖樽刺蓟镒槌；；焊缝柱状晶由熔池边缘向中心成长，这是由于在熔池的凝固过程中，熔池边缘和熔池中心会形成较高的温度梯度，受温度梯度的驱动，熔池由边缘向中心非均匀形核，凝固天生柱状晶［8］。！！！Ｍ3c、、图 3d 别离为焊接接头表层和根部熔合线区域的金相组织。！！！Ｓ赏伎杉阜旖鹗艉湍覆娜酆嫌帕迹尬慈酆虾土盐迫钡；；热影响区仍维持为“奥氏体柱状晶+网状晶界”结构，然而，受焊接热输入影响，奥氏体基体中析出颗粒状的二次碳化物［9］。！！！Ｍ保芄还鄄斓酵淳Ы绲目矶仍龀ぃ馐怯捎诰Ы缜虻奈龀鎏蓟镌斐筛们 C 浓度降低，在奥氏体基体和晶界之间形成了 C 浓度梯度，驱动 C 原子由基体向界面扩散，而焊接热输入加快了 C 原子扩散和二次碳化物天生。！！！

图 4 是低镍焊丝焊接接头的金相组织，观察区域别离为母材、、焊缝和熔合线。！！！Ｓ胪3对比可知，两种焊接接头各区域的金相组织特点类似。！！！：：：附咏油啡扔跋烨慕鹣嘧橹招┮恢拢馐怯捎诹街趾附咏油分票秆∮昧艘谎暮附庸ひ詹问涠匀扔跋烨挠跋煜招┮谎。！！！Ｓ敫吣杆亢附咏油返挠星送馐牵湍杆拷油泛阜斓闹淳ё橹肿常庵匾鞘芎杆炕С煞钟跋煸斐傻。！！！

2.2 显微硬度

两种焊接接头的显微硬度测试了局如图 5 所示，测试区域蕴含母材、、热影响区和焊缝。！！！Ｓ赏 5a可知，对于高镍焊接接头，母材的均匀显微硬度约为 220 HV0.2；；热影响区的均匀显微硬度较母材略有降落，约为200 HV0.2，这是由于受焊接热输入影响，热影区的晶粒产生粗化［11］；；而焊缝的均匀显微硬度有所提升，约为 235 HV0.2。！！！６杂诘湍附咏油罚缤 5b 所示，其硬度散布法规与高镍焊接接头类似；；所分歧的是，低镍焊接接头的焊缝均匀显微硬度更靠近于母材，约为 220 HV0.2。！！！Ｒ簿褪撬担湍附咏油返南晕⒂捕缺涠交海飧欣谔嵘附咏油返恼辶ρЩ。！！！

2.3 拉伸力学机能

凭据GB/T228《金属资料室温拉伸试验步骤》和GB/T4338《金属资料高温拉伸试验步骤》别离测试高镍和低镍焊接接头的拉伸力学机能。！！！

两种焊接接头的常温拉伸应力应变曲线如图6所示。！！！Ａ街趾附咏油返睦煊ατΡ淝咦刺恢。！！！Ｔ谕6平别离读取两种焊接接头的常温屈服强和抗拉强度，如表4所示。！！！Ｓ杀4可知，高镍焊接接头的常温屈服强度为 294 MPa，抗拉强度为540 MPa，断裂在焊缝地位；；低镍焊接接头的常温屈服强度和抗拉强度略有提升，别离为 313 MPa 和550 MPa，同样断裂在焊缝地位。！！！Ｍ 7 是两种焊接接头的高温（900 ℃）拉伸应力-应变曲线。！！！Ａ街趾附咏油返母呶吕煊ατΡ淝咦刺恢。！！！Ｔ谕7别离读取两种焊接接头的高温屈服强和抗拉强度，如表 5 所示。！！！Ｓ杀 5 可知，高镍焊接接头的高温屈服强度（104.5 MPa）略低于低镍焊接接头（108 MPa）；；但是，两者的高温抗拉强度一样（140 MPa），且均在焊缝地位断裂。！！！

表 6 是两种焊接接头的高温悠久拉伸测试了局，测试温度为900 ℃，拉伸应力为40 MPa。！！！Ｓ杀6可知，高镍焊接接头经历 191 h 拉伸后在焊缝地位断裂；；而低镍焊接接头的高温拉伸悠久功夫则大幅提升至744 h，同样也在焊缝地位断裂。！！！

综合分析上述了局可知，两种焊接接头拉伸力学机能指标均满足焊接评定尺度要求，即常温抗拉强度≥450 MPa，高温（900 ℃）抗拉强度≥102MPa，高温（900 ℃，40 MPa）拉伸悠久功夫≥100 h。！！！Ａ街趾附咏油返陌纪刮露淌崩炝ρЩ芨谎湍附咏油返母呶吕煊凭霉Ψ蛟冻吣附咏油罚罢呤呛笳叩3.9倍。！！！Ｒ蚨湍附咏油返母呶铝ρЩ苡庞诟吣附咏油。！！！１鸬模低滋牡氖橇街趾附咏油范狭训匚痪阜欤⒚骱阜焓歉呶潞辖鸷附咏油返挠奈⑶。！！！

由图 3、、图 4 可知，母材显微组织是由柱状奥氏体晶：：：脱鼐Ы缟⒉嫉墓羌茏刺蓟镒槌傻；；而焊缝组织则是由藐小的针状或者柱状奥氏体晶：：：脱鼐Ы缟⒉嫉牧醋椿蛘呖樽刺蓟镒槌傻。！！！５焙附咏油肥艿嚼熳饔檬保紫仁蔷Я１湫危笫蔷Ы畿鲚停焐罅课⒖祝盏嘉淮碥鲚托纬晌淮砘罚钪盏贾露狭眩12］。！！！Ｓ捎谀覆牡木Я３叽缃洗螅渚Я１湫伪群阜熳橹崭嗟哪芰；；因而，占有更好的拉伸力学机能。！！！０率咸逑嗍悄腿雀挚谷浔涞牡鬃樱琋i是推进奥氏体相形成元素，Ni/Cr比例决定了奥氏体相的形成。！！！＝岷仙岱蚶障嗤纪扑憧芍街趾覆牡腘i/Cr比别离为3.0和1.7，因而，无论是高镍含量还是低镍含量，两种焊缝金属均由奥氏体相组成，这为其高温力学机能奠定了优良基础。！！！１鸬模钟械淖暄信⒑阜旖鹗舻母呶掠凭们慷扔攵次碳化物的析出亲昵有关，析出的碳化物能够故障晶界滑移和位错荟萃，增长资料的抗蠕变机能［12］。！！！８吣附咏油返腃含量仅为0.016%，远低于低镍焊接接头（0.16%）；；其在高温测试的初始阶段过程中更容易析出二次碳化物 M23C6或者 NbC，故障晶界滑移，大幅提升其高温悠久功夫。！！！

3、、 结论

别离选取高镍和低镍两种焊丝焊接20Cr32Ni1Nb铸造耐热合金炉管，表征分析两种焊接接头的显微组织和力学机能，得到如下结论：：：

（1）金相观察了局批注，母材组织由柱状奥氏体晶：：：屯淳Ы缱槌；；焊接接头的热影响区仍为柱状晶组织，但焊接热输入推进了该区域的晶粒长大和二次碳化物天生；；焊缝组织由藐小的针状或者柱状奥氏体晶：：：脱鼐Ы缟⒉嫉牧醋椿蛘呖樽刺蓟镒槌傻。！！！

（2）显微硬度测试了局批注，高温合金焊接接头热影响区出现软化景象，其显微硬度较母材降落20 HV0.2，这重要是晶粒粗化造成的；；低镍焊缝的显微硬度低于高镍焊缝，与母材硬度更为匹配，约为220 HV0.2，这有利于提升焊接接头的整体力学机能。！！！

（3）拉伸测试了局批注，两种焊接接头拉伸力学机能指标均满足焊接评定要求，其短时拉伸力学机能根基一样，这是由于两种焊接接头均重要由奥氏体相组成，具备相近的力学机能基础。！！！５牵湍附咏油返母呶掠凭美炝ρЩ艽蠓岣撸嘉吣附咏油 3.9 倍，这是由于低镍合金焊缝更容易析出碳化物，故障晶界滑移和位错荟萃。！！！Ａ街趾附咏油范狭训匚痪阜欤阜烨蚴呛附咏油返挠奈⒒方；；这是由于在拉伸过程中，较大尺寸的母材晶粒变形必要吸收更多的能量。！！！

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