La investigación sobre soldaduras de juntas de propiedades y microestructura de acero diferentes de NiCrMoV

El rotor es uno de los componentes centrales de los grandes equipos de turbinas de vapor. En la actualidad, existen principalmente tres métodos de fabricación: conjunto, sección completa y soldadura. En comparación con los dos métodos anteriores, el rotor soldado tiene un diseño flexible, estructura compacta, peso ligero, buena rigidez y tensión de funcionamiento. Muchos fabricantes de turbinas de vapor de todo el mundo han seleccionado las ventajas de las piezas forjadas segmentadas de tamaño reducido, fácil garantía de calidad y ciclo de producción corto. Para rotores integrados de alta, media y baja presión, se pueden usar diferentes grados de materiales para diferentes partes para maximizar las características de los materiales, lograr la combinación ideal, ahorrar elementos valiosos y reducir aún más los costos de producción.

La tecnología de soldadura de acero diferente se ha aplicado gradualmente en la producción de turbinas de vapor de un solo cilindro, turbinas de gas / turbinas de vapor de ciclo combinado y rotores de alta / media presión de turbinas de vapor supercríticas. El acero NiCrMoV es un tipo de acero de baja aleación de alta resistencia que se utiliza comúnmente en grandes turbinas de vapor. Tiene alta resistencia y buen rendimiento de impacto a baja temperatura. Según las diferentes proporciones de varios elementos básicos como Ni, Cr, Mo, V, puede estar compuesto por diferentes niveles de resistencia, la estructura y propiedades del acero.

Este tipo de material tiene una alta sensibilidad a la fragilización por temple, y es fácil de producir fragilidad cuando se usa durante mucho tiempo a 350 ～ 500 ℃. No hay ningún informe de investigación sobre si se produce fragilidad en los rotores soldados de acero diferente de NiCrMoV después del envejecimiento. Se señala en la literatura que la fragilidad por envejecimiento del acero NiCrMoV en el rango de 250 ～ 400 ℃ y los carburos escamosos precipitaron a lo largo del límite del grano y el límite del sub-grano durante el envejecimiento, la descomposición de la austenita retenida y la segregación de los átomos de soluto. en el límite de grano de austenita original relacionado.

En este documento, la unión soldada de la parte de simulación del rotor soldado compuesta de acero NiCrMoV diferente se selecciona para envejecer durante 3500 h en el entorno de servicio simulado, y luego se toman muestras de cada área en la parte de simulación para la prueba de impacto y la composición química y se lleva a cabo la metalografía de la muestra impactada. Microscopía, microscopía electrónica de barrido, retrodispersión de electrones y otros análisis experimentales para estudiar la relación interna entre la tenacidad y la microestructura de la junta soldada después del envejecimiento. Los resultados de la investigación proporcionan una base para el análisis de daños materiales y fragilización de rotores soldados de turbinas de vapor en servicio y proponen estrategias de control.

Los materiales de prueba son piezas forjadas de acero 22Cr2NiMoWV y 30Cr2Ni4MoV. Ambos materiales son acero ultrapuro, lo que reduce al mínimo el contenido de impurezas como S, P, As, Sn, Mn, etc. Las propiedades mecánicas se muestran en la Tabla 1.

Las diferentes partes de simulación de soldadura de acero de estos dos tipos de acero están formadas por una ranura de espacio estrecho, respaldo de soldadura de arco de argón y soldadura de arco sumergido de espacio estrecho profundo, soldadura de múltiples capas y múltiples pasadas, y el material de soldadura es un alambre de soldadura especial que contiene 2% de Ni. Después de la soldadura, las piezas simuladas se someten a un tratamiento térmico local para aliviar el estrés y a un tratamiento de envejecimiento de 350 ℃ × 1000 h. Luego, corte mecánicamente las partes simuladas en el estado envejecido y sin envejecimiento para preparar muestras para la prueba de impacto, análisis metalográfico, análisis de microscopía electrónica de barrido y análisis EBSD.

La austenita retenida en el metal de soldadura del acero NiCrMoV diferente se descompone por inestabilidad térmica durante el proceso de envejecimiento y los carburos se precipitan entre las barras de martensita a lo largo del listón. La observación y el análisis de la microestructura mediante metalografía y microscopio electrónico de barrido muestran que las uniones diferentes del acero NiCrMoV se someten a un tratamiento de envejecimiento y los carburos se precipitan en el límite del grano y el límite del sub-grano, lo que debilita el límite del grano.

Después de que el metal de soldadura de acero NiCrMoV diferente se envejece, la descomposición de la austenita retenida, la segregación de los límites de grano de N y la precipitación de carburos a lo largo de los límites de grano juntos contribuyen a la disminución de su tenacidad.

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