T91/TP347H异种钢焊接接头开裂失效分析

杜宝帅 金树生 张忠文 李新梅 步衍江 索帅 李文

摘要：采用金相显微镜、背散射电子衍射系统、显微硬度计、万能材料实验机对350 MW超临界锅炉再热器发生开裂的T91/TP347异种钢焊接接头进行了检测和分析。结果表明，开裂由新型马氏体耐热钢Ⅳ型裂纹所致，开裂区域为异种钢接头T91钢热影响区的部分相变区。异种钢接头在服役过程中承受较高的应力，而部分相变区的微观组织导致其蠕变强度在接头中最低，高温服役过程中裂纹通过蠕变空洞连接方式在部分相变区形成并导致最终的开裂。

关键词：T91/TP347;异种钢接头;开裂;Ⅳ型裂纹

中图分类号：TG457.1      文献标志码：A         文章编号：1001-2003（2021）12-0046-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.12.09

0    前言

火电机组的过热器、再热器部件不同区段的运行温度和压力不同，为满足机组运行的安全、高效和经济性要求，这些部件需要大量采用异种钢焊接接头。T91/TP347H为典型的马氏体-奥氏体异种钢接头，在超（超）临界机组中具有广泛的应用[1-2]。该接头由具有良好热强性的细晶马氏体耐热钢T91和具有良好抗氧化性和蠕变强度的TP347H奥氏体不锈钢组成，焊缝金属一般为镍基焊材[3-4]。

由于马氏体-奥氏体异种钢接头母材与焊缝金属的物理冶金性能以及热膨胀系数差异较大，在机组运行过程中易发生碳遷移、界面应力过高、组织劣化等问题，使得焊接接头在高温高压运行工况下易发生早期失效，成为了耐热钢焊接领域关注的热点[5-7]。但是，目前开展的大量异种钢接头试验和模拟计算研究与实际工况相比仍然存在一定差异[8-9]，因此针对实际工况下发生失效的T91/TP347H马氏体-奥氏体异种钢接头开展研究具有重要意义。……