T91鋼界面脆性相的形成和降熔元素原子的擴散的研究分析

　　耐熱鋼是一討論種在高溫下具有較高的強度和良好的化學穩定性的合金鋼。耐熱鋼常用于制造鍋爐、汽輪機、動力機械、工業爐和航空、石油化工等工業部門中在高溫下工作的零部件。這些部件除要求高溫強度和抗高溫氧化腐蝕外，根據用途不同還要求有足夠的韌性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的組織穩定性。

       現代發電機組對耐熱鋼的組織性能提出了很苛刻的要求，材料科學工作者為此開發了多種適應電站運行需要的耐熱鋼。目前耐熱鋼主要采用氬弧焊進行連接，而氬弧焊的主要問題是對工人技術水平要求高，需要開坡口，熱影響區容易產生焊接裂紋。瞬時液相擴散焊（簡稱TLP）接頭強度高，沒有明顯的界面和焊接物殘留。采用TLP替代焊條電弧焊對管道進行連接，具有生產率高、焊接時間短等優點，生產效率是傳統焊接方法的10倍以上。尤為適于條件較差的施工環境，大大節省了人力、物力和能源。在大氣條件下惰性氣體保護的TLP不用真空爐，節約了設備投資，也適合在野外施工的場合。
　　
　　T91/P91鋼具有優良的常溫和610℃以下高溫力學性能，而且有著良好的加工性能,在電站高溫過熱器、高溫再熱器乃至主蒸汽管道上得到了越來越廣泛的應用，但其焊接性較差，焊接時容易出現裂紋等問題。近年來，人們對耐熱鋼的TLP進行了一些研究，取得了可喜的成果。本文對T91鋼的TLP接頭進行了研究，分析了其界面脆性相的形成和降熔元素原子的擴散，以供人們在研究和應用中參考。
　　
　　實驗材料為電站鍋爐用T91鋼管（Φ63.5mm×4.6mm），室溫抗拉強度585MPa，其化學成分（質量分數，%）為：0.09C，0.4Si，0.35Mn，9Cr，1.05Mo，0.2V，0.1Nb，Ni≤0.4，P≤0.02，S≤0.01。實驗用中間層材料成分見表1。試樣連接端面精車，用95%酒精清潔連接端面和中間層。TLP試驗在開放式TLP機上進行，采用中頻感應加熱，用氬氣保護，壓力設定為6MPa。加熱速率：900℃以下45℃/s，900以上30℃/s。焊后降溫冷卻，當接頭溫度降到100～150℃時重新加熱回火，回火工藝為（800±5）℃保溫8min，通過回火處理改善接頭組織和性能。
　　

材料	Si	Ni	Cr	B	Fe
FeNiCrSiB	5～6	40～45	5～7	6～8	其余
Fe78Si9B13	9	-	-	13	其余
BNi2	4～5	其余	6～8	2.75～3.5	-

　　　　
　　結果顯示，在溫度和時間一定的條件下，中間層中降熔元素的含量高時容易形成脆性相。等溫溫度提高對促進中間層原子流動與擴散有利，對元素的均勻化有促進作用。等溫時間不足造成等溫凝固不能完成，會形成類似釬焊的組織，形成大量脆性相。