为了提高电厂热效率和保护环境,许多国家正在发展建设蒸汽温度在600℃和压力超过27MPa的超超临界(USC)燃煤发电站。蒸汽温度提高到600℃以上,效率可提高45%。近年来开发了许多适于超超临界(USC)应用的新型电站钢,包括T92(9Cr0.5Mo2WVNb)马氏体钢和HR3C(TP310HCbN)奥氏体钢。
二十世纪九十年代后期,为了提高高温性能,对T91(9Cr1MoVNb)进行化学成分改良开发出T92钢。该钢被称为NF616(ASTM标准为A213),且含有0.5%Mo、1.8%W,以及添加了少量的Nb、V和B。600℃时T92的蠕变强度比T91高约10~20%。HR3C是从TP310奥氏体钢发展来的,因其含Cr高而具有优良的抗高温腐蚀和抗蒸汽氧化。因此,HR3C广泛地应用于超超临界锅炉中服役环境最严峻的过热器和再加热器。通常,T92用作联接过热器和再加热器的管道,必然存在与HR3C之间的异种钢焊接,这些焊接的完整性对服役中的超超临界(USC)有相当重要的作用。许多研究表明蠕变是异种钢焊接接头失效的主要因素。于是,对于不同的异种钢焊接接头,蠕变断裂机理是不同的。对T92/HR3C异种钢焊接接头而言,以前很少有研究。所以,研究高温下T92/HR3C异种钢焊接接头的蠕变机理十分必要。
研究使用的两种基本材料是:T92(40外径×8.4mm厚度)、HR3C(48.26外径×10.16mm厚度)。热处理条件是:1)T92:1050℃×20min(正火)+760℃×60min(回火);2)HR3C:1110℃固溶处理。T92/HR3C焊接接头使用气体钨极弧焊,用纯氩气(Ar)作为保护气体、AWSERNiCr-3(相当与INCONEL82/182)作为填充材料。焊接后对焊接接头在760~770℃进行热处理以降低焊接残余应力。
按照ASTME139-06,在625℃下,以110、120、130、140、150、160和180MPa应力进行蠕变试验。试验结果表明:蠕变断裂机理和应力有关。当应力≥140MPa,断裂位置在T92基础材料处,并且由相邻韧窝的联接引起穿晶断裂。对应力<140MPa,断裂位置在T92粗晶热影响区和长大的M23C6颗粒处,以及晶界Laves相(Fe2(W,Mo))析出导致晶间断裂。