B元素对FB2马氏体耐热钢热影响区组织和高温断裂韧度的影响

doi:10.3901/JME.2015.24.069

机械工程学报 ›› 2015, Vol. 51 ›› Issue (24): 69-74.doi: 10.3901/JME.2015.24.069

扫码分享

B元素对FB2马氏体耐热钢热影响区组织和高温断裂韧度的影响

李克俭¹, 蔡志鹏¹, 李轶非¹, 潘际銮¹, 孙林根^1,2

1. 清华大学机械工程系北京 100084；
2. 上海电气电站设备有限公司汽轮机厂上海 200240

收稿日期:2014-12-11 修回日期:2015-06-14 出版日期:2015-12-15 发布日期:2015-12-15
通讯作者: 蔡志鹏，男，1974年出生，博士，副研究员。主要研究方向为焊接冶金和焊接力学。 E-mail：czpdme@mail.tsinghua.edu.cn
作者简介:李克俭，男，1989年出生，博士研究生。主要研究方向为耐热钢焊接冶金。 E-mail：lkj07@mails.tsinghua.edu.cn
基金资助:
上海市科学技术委员会资助项目(13DZ1101504)

Effect of Boron on the Microstructure and High Temperature Quasi-static Fracture Toughness of Heat Affected Zone in Heat-resistant Steel FB2

LI Kejian¹, CAI Zhipeng¹, LI Yifei¹, PAN Jiluan¹, SUN Lingen^1,2

1. Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084;
2. Turbine Plant, Shanghai Electric Power Generation Equipment Co., Ltd., Shanghai 200240

Received:2014-12-11 Revised:2015-06-14 Online:2015-12-15 Published:2015-12-15

摘要/Abstract

摘要： 测试FB2马氏体耐热钢焊接热影响区(Heat affected zone, HAZ)在450 ℃下的准静态断裂韧度，结果表明HAZ的韧性与同条件下改良型9Cr-1Mo耐热钢母材的韧性持平。对HAZ进一步的金相、扫描电镜(Scanning electron microscopy, SEM)及透射电镜(Transmission electron microscopy, TEM)观察表明，FB2钢的HAZ中没有粗晶区，即在经历焊接热作用后晶粒并没有粗化；析出物均匀分布在晶内和晶界，并且晶界处的析出物尺寸要稍小于晶内析出物，这对于强化晶界提高韧性都是有利的。B元素在FB2的HAZ特殊的组织形成中发挥着重要作用，主要体现在通过占据析出物周围的空位来阻碍析出物长大，提高析出物的稳定性，进而影响焊接热过程中奥氏体的长大过程。

关键词: 耐热钢, 硼, 热影响区, 准静态断裂韧度

Abstract: The quasi-static fracture toughness of heat affected zone(HAZ) of martensite heat-resistant steel FB2 at 450 ℃ is tested, indicating that the toughness of HAZ is at the same level of modified 9Cr-1Mo parent metal’s. It is found that there is no coarse grain zone in the HAZ, and the second phases precipitate in prior austenite grain and boundary homogeneously. It is also found that the precipitates in the grain boundaries are smaller than those within the grains. The fine grains and small precipitates in grain boundaries make contribution to the high toughness of HAZ. Boron plays an important role in the formation of special structure of HAZ with occupying the vacancies around precipitates, in which way the stability of precipitates is enhanced and the growing of austenite is affected.

Key words: boron, heat affected zone(HAZ), heat-resistant steel, quasi-static fracture toughness

李克俭, 蔡志鹏, 李轶非, 潘际銮, 孙林根. B元素对FB2马氏体耐热钢热影响区组织和高温断裂韧度的影响[J]. 机械工程学报, 2015, 51(24): 69-74.

LI Kejian, CAI Zhipeng, LI Yifei, PAN Jiluan, SUN Lingen. Effect of Boron on the Microstructure and High Temperature Quasi-static Fracture Toughness of Heat Affected Zone in Heat-resistant Steel FB2[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(24): 69-74.

参考文献

[1] 唐飞，董斌，赵敏. 超超临界机组在我国的发展及应用[J]. 电力建设，2010(1)：80-82. TANG Fei，DONG Bin，ZHAO Min. The development and application of ultra supercritical plants in China[J]. Electric Power Construction，2010(1)：80-82.
[2] 梅林波，沈红卫，王思玉，等. 625℃汽轮机转子材料的开发及性能分析[J]. 热力透平，2012，41(3)：183-187.MEI Linbo，SHEN Hongwei，WANG Siyu，et al. Development and property analysis of rotor material for 625℃ steam turbines[J]. Thermal Turbine，2012，41(3)：183-187.
[3] 江哲生，董卫国，毛国光. 国产1 000 MW超超临界机组技术综述[J]. 电力建设，2007，28(8)：6-13.JIANG Zhesheng，DONG Weiguo，MAO Guoguang. Review of 1000 MW ultra supercritical plants in China[J]. Electric Power Construction，2007，28(8)：6-13.
[4] ROTHWELL J，ABSON D. Performance of weldments in advanced 9%Cr steel-“FB2”[J]. Materials at High Temperatures，2010，27(3)：253-264.
[5] VISWAMTHAN R，COLEMAN K，RAO U. Materials for ultra-supercritical coal-fired power plant boilers[J]. International Journal of Pressure Vessels and Piping，2006，83(11-12)：778-783.
[6] SASIKALA G，RAY S K. Evaluation of quasistatic fracture toughness of a modified 9Cr-1Mo (P91) steel[J]. Materials Science and Engineering：A，2008，479(1-2)：105-111.
[7] LI D，SHINOZAKI K，KUROKI H，et al. Analysis of factors affecting type IV cracking in welded joints of high chromium ferritic heat resistant steels[J]. Science and Technology of Welding and Joining，2003，8(4)：296-302.
[8] ABE F，TABUCHI M，TSUKAMOTO S，et al. Microstructure evolution in HAZ and suppression of type IV fracture in advanced ferritic power plant steels[J]. International Journal of Pressure Vessels and Piping，2010，87(11)：598-604.
[9] REVIEWER R A S. Research on chrome-moly steels[J]. Journal of Pressure Vessel Technology，1985，107(1)：98-99.
[10] ABE F. Precipitate design for creep strengthening of 9% Cr tempered martensitic steel for ultra-supercritical power plants[J]. Science and Technology of Advanced Materials，2008，9：0130021.
[11] 周振丰，张文钺. 焊接冶金与金属焊接性[M]. 北京：机械工业出版社，1988.ZHOU Zhenfeng，ZHANG Wenyue. Welding metallurgy and metal weldability[M]. Beijing：China Machine Press，1988.
[12] AZUMA T，MIKI K，TANAKA Y，et al. Effect of B on microstructural change during creep deformation in high Cr ferritic heat resistant steel[J]. Tetsu-to-Hagane，2002，88(10)：92-99.
[13] LUNDIN L，FALLMAN S，ANDREN H O. Microstructure and mechanical properties of a 10% chromium steel with improved creep resistance at 600 ℃[J]. Materials Science and Technology，1997(3)：233-242.
[14] KONDO M，TABUCHI M，TSUKAMOTO S，et al. Suppressing type IV failure via modification of heat affected zone microstructures using high boron content in 9Cr heat resistant steel welded joints[J]. Science and Technology of Welding and Joining，2006，11(2)：216-223.
[15] BARNES A，ABSON D. The effect of composition on microstructural development and toughness of weld metals for advanced high temperature 9-13% Cr steels[C/CD]// 2nd International Conference on Integrity of High Temperature Welds ，November 10-12，2003，Institute of Materials，London.

B元素对FB2马氏体耐热钢热影响区组织和高温断裂韧度的影响

Effect of Boron on the Microstructure and High Temperature Quasi-static Fracture Toughness of Heat Affected Zone in Heat-resistant Steel FB2

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	戴明华, 胡平, 盈亮, 陈帅, 王永青, 韩小强. 考虑损伤的热成形淬硬硼钢失效行为建模研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(6): 218-226.
[2]	王博士, 陈楠楠, 蔡艳, 王敏. 低合金贝氏体高强钢模拟焊接粗晶热影响区低温疲劳韧脆转变行为及机制[J]. 机械工程学报, 2024, 60(6): 271-278.
[3]	闫玉升, 钟史放, 徐连勇, 赵雷, 韩永典. 焊接热输入对X65管道粗晶热影响区应力腐蚀开裂行为的影响[J]. 机械工程学报, 2024, 60(12): 220-227.
[4]	孟凡杰, 王仲楠, 常秋英, 王智源, 张建文, 耿旭. 一种可实现超滑的混合溶液的摩擦学研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(11): 210-219.
[5]	姜文政, 林瑛, 江平开, 黄兴溢. 三维氮化硼结构及其导热绝缘聚合物纳米复合材料^*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(2): 12-24.
[6]	克帕依吐·吐尔逊, 李明, 汪齐, 廖凯. 石榴石型直流光学电流互感器及其稳定性研究^*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(2): 149-158.
[7]	宋刚, 程继文, 刘振夫. 基于“热导拘束+局部变形强化”的铝合金焊轧复合成形方法[J]. 机械工程学报, 2020, 56(8): 85-91.
[8]	胡华彦, 温建锋, 吴蔚峰, 谈建平, 涂善东. 高温蠕变条件下表面裂纹扩展行为分析[J]. 机械工程学报, 2020, 56(24): 40-50.
[9]	靳田野, 陈俊云, 王金虎, 赵清亮. 纳米孪晶立方氮化硼的飞秒激光材料去除机理[J]. 机械工程学报, 2019, 55(9): 198-205.
[10]	宋育林, 白旭东, 陈小奇, 陈善本, 陈华斌. 数字图像相关法焊接热影响区应变原位测量及应力计算[J]. 机械工程学报, 2019, 55(17): 29-34.
[11]	邹宗园, 李银潇. 钒含量对Ti-V微合金钢CGHAZ韧性影响研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(6): 146-153.
[12]	栗卓新, 王恒, 李杨. 工艺与微量元素对镍基合金焊接热影响区液化裂纹影响的研究进展[J]. 机械工程学报, 2016, 52(6): 37-45.
[13]	靳田野, 陈俊云, 赵明慧, 王金虎, 赵清亮, 鹿玲. 纳米孪晶立方氮化硼机械研磨机理研究[J]. 机械工程学报, 2016, 52(5): 95-100.
[14]	谷国平, 张朝辉, 黄宝成, 李森, 王磊. 硼酸酯与聚醚复配水溶液的摩擦学性能研究[J]. 机械工程学报, 2016, 52(3): 110-117.
[15]	李辉平, 贺连芳, 杨肖丹, 赵国群. 形变和冷却对B1500HS硼钢马氏体相变的影响[J]. 机械工程学报, 2016, 52(10): 67-74.