新型奥氏体耐热钢HR3C焊接工艺及接头性能研究进展

浅析奥氏体钢的焊接性与工艺性能摘要：高温材料历来就是制约发电机组发展的一个重要因素。

超超临界（USC）机组的高蒸汽参数要求机组用钢有更高的高温强度，高温腐蚀性能，抗蒸汽氧化性能等。

利用弥散析出微细的铌（Nb）的金属间化合物NbCrN氮化物和Nb的碳、氮化合物以及M23C6碳化物进行强化得到一种新型的25Cr —20Ni —Nb —N钢，称为HR3C奥氏体不锈钢。

作为一种新型的奥氏体耐热钢HR3C钢目前已经广泛应用于蒸汽参数超超临界（USC）机组的过热器和再热器管上。

关键词：HR3C；奥氏体不锈钢；高温；新型1、概述HR3C钢在ASME标准中材料的牌号为SA—213TP310HCbN。

是目前世界上最先进的超超临界参数电站锅炉机组使用的最高端钢种，该钢在苛刻烟气、蒸汽环境下具有优异的性能。

我国已建和在建的USC锅炉中大都选用了HR3C钢，但是由于我国的USC机组起步较晚，对HR3C钢的认识和焊接性能还需要进一步的了解和掌握。

2、HR3C钢的化学成分分析HR3C钢是改良的25—20型奥氏体不锈钢，钢中联合加入Nb和N元素，既能改善钢的高温强度，又可以稳定奥氏体相。

对碳、硫、磷的限制是为了保证焊接所必需的。

由于含Cr量较高，使HR3C钢具有较强的抗蒸汽氧化性和高温抗腐蚀性能。

Si和Mn都是促进σ相的元素，对它们的限制是出于对析出σ相的控制。

Ni和N是抑制σ相析出的元素，若过低，则抑制不住σ相在时效时析出，使钢的冲击韧度严重恶化。

但是Ni和N的含量过高，还会出现别的氮化物，从而降低了钢的韧性。

加入了2%以上的Cu可以起到稳定奥氏体的作用，并在运行过程中析出弥散细小的富铜相，以提高焊缝金属高温强度的目的。

3、HR3C钢的焊接HR3C钢采用镍基焊丝ERNiCr-3焊接，由于母材和焊接材料的合金成分很高，焊接操作存在很大的难度，掌握其焊接性能、焊接操作技巧、焊接质量的控制要点是非常重要的，探索焊接技术工艺是必要的。

新型奥氏体耐热钢HR3C焊接工艺评定方案编制：批准：新型奥氏体耐热钢HR3C焊接工艺评定方案镇雄电厂600MW超临界机组锅炉的末级过热器、屏式过热器选用部分HR3C，规格为Φ38×6.4、Φ44.5×6.8。

HR3C是日本住友金属命名的牌号，在日本JIS 标准中的材料牌号为SUS310JITB，在ASME标准中的材料牌号为TP310NbN。

HR3C 是SA213-TP310H钢的改良钢种(标准化学成分范围见表1，室温力学性能见表2 )，HR3C钢是在SA213-TP310H钢的基础上添加了0.20~0.60%的Nb、0.15~0.35%的N，在钢时效过程中析出NbCrN氮化物，NbCrN非常细小且特别稳定，即使长时间时效，组织也很稳定，使HR3C的高温性能大大提高，蠕变断裂强度达到181MPa(10万h、600℃)。

同时加入微量的N对抑制σ相的形成、改善韧性有效。

由于HR3C钢的综合性能较TP310系列奥氏体钢中的TP304H、TP321H、TP347H 和TP316H的任何一种更为优良，所以在TP347H、 Super304H、TP347HFG钢不能满足向火侧抗烟气腐蚀和内壁抗蒸汽氧化的工况下，选用HR3C 。

1 HR3C钢的焊接性焊接HR3C钢的主要问题是焊接高温裂纹、应力腐蚀、接头的时效和σ相脆化。

试验证明，采用刚性固定法裂纹试验，在相同条件下，HR3C的裂纹敏感性略高于TP347H 。

2 为解决HR3C钢焊接性方面存在的问题，焊接时，应采取以下措施。

2.1 为防止高温裂纹，焊接时要采用降低焊接热输入、降低层间温度的工艺方法和工艺措施，如对直径不大、管壁不厚的管子采用熔池体积小、焊接热输入低的TIG焊接工艺，采用短道焊、间断焊方法保证较低的层间温度，选用杂质含量低的焊接材料。

2.2 正确选择焊接材料，熔敷金属选择与母材成分相同且杂质含量低的材料或镍基焊材,可防止焊逢产生σ相脆化。

（二〇一四年六月摘要最近几年HR3C奥氏体不锈钢与T91马氏体耐热钢的异种钢焊接被广泛的应用在火力发电厂的超临界组中的过热器和再热器中。

到现在为止，对于这两种钢的焊接接头的研究还很少，所以对于这两种钢的研究还是有必要加强。

基于这种情况，我们对于上述两种钢的焊接工艺以及其焊后的显微组织与性能进行了研究，同时研究了同种钢HR3C奥氏体不锈钢的焊接工艺以及焊后组织与性能，比较同种钢焊接接头与异种钢焊接接头的在显微组织与性能方面的不同。

本次试验采用的是氩弧焊焊接的方法，运用镍基焊丝完成了HR3CT91异种钢焊接以及HR3CHR3C同种钢的焊接。

然后通过拉伸试验、金相组织的观察，主要研究了相同工艺下异种钢焊接与同种钢焊接的组织变化以及接头的力学性能以及不同工艺下的同种钢焊接的组织的变化与接头的力学性能。

通过常温拉伸试验可以看出异种钢焊接的接头的抗拉强度和屈服强度与同种钢比相差不多，甚至略高于同种钢的。

通过金相组织观察发现异种钢焊接接头的焊缝区和热影响区的晶粒大小与同种钢焊接的焊缝的晶粒大小几乎一样。

关键词：奥氏体不锈钢；马氏体耐热钢；异种钢接头；组织；力学性能AbstractIn recent years dissimilar steel HR3C austenitic stainless steel and T91 martensite superheater and reheater of supercritical group of thermal power plant.Up to now,for the research of this two kinds of steel welded joint were rare,so it is necessary to strengthen the study of the two kinds of steel. Based on this situation, the welding process of the above two kinds of steel and the microstructure and properties were studied after welding, at the same time, studied the same steel HR3C austenitic stainless steel welding process and microstructure and properties after welding, comparing the same steel welding joint and dissimilar steel welding joint in microstructure and properties of different aspects.This experiment adopts argon arc welding method, using nickel-based welding wire completed the T91HR3C dissimilar steel welding and welding HR3CHE3C the same steel. And then through the tensile test, metallographic observation of the organization, mainly studied the organizational change and the mechanical properties between dissimilar steel welding and the same steel welding under the same process and the same steel welding under different process between organizational change and the mechanical properties of joint. Can be seen through the room temperature tensile test of dissimilar steel welding, the tensile strength and yield strength of the joints of almost with the same steel ratio, even slightly the same steel welding joint. Through the microstructure observation we can know the grain size of the dissimilar steel welding joint weld area and size of the same steel welding seam tobe the same.Keywords: austenitic stainless steel; martensite ×5mmHR3C 奥氏体不锈钢与T91马氏体耐热钢进行焊接和42mm×6mmHR3C 奥氏体不锈钢与42mm×6mmHR3C 奥氏体不锈钢的焊接。

hr3c超级不锈钢焊接工艺试验研究及应用
HR3C超级不锈钢是一种高强度、高耐蚀性的不锈钢材料，广泛应用
于化工、海洋工程、核电站等领域。

为了进一步提高HR3C超级不锈
钢的焊接质量和效率，需要进行焊接工艺试验研究。

首先，需要确定适合HR3C超级不锈钢的焊接方法。

常见的焊接方法
包括手工电弧焊、氩弧焊、等离子焊、激光焊等。

在选择焊接方法时，需要考虑到焊接材料的特性、焊接环境和工艺要求等因素。

在HR3C
超级不锈钢的焊接中，氩弧焊是一种常用的方法，因为它可以保证焊
接接头的质量和美观度。

其次，需要对焊接工艺参数进行优化。

焊接工艺参数包括焊接电流、
电压、焊接速度、焊接角度等。

这些参数的选择直接影响到焊接接头
的质量和效率。

在HR3C超级不锈钢的焊接中，需要根据材料的特性
和焊接要求，选择合适的焊接工艺参数，以保证焊接接头的质量和效率。

最后，需要进行焊接质量检测和应用研究。

焊接质量检测包括焊缝外
观检测、焊缝尺寸检测、焊缝硬度检测等。

通过对焊接接头的质量进
行检测，可以及时发现和解决焊接质量问题。

同时，还需要对HR3C
超级不锈钢的焊接应用进行研究，以探索其在不同领域的应用前景。

总之，HR3C超级不锈钢的焊接工艺试验研究及应用是一个复杂而重要的工作。

需要在选择焊接方法、优化焊接工艺参数、进行焊接质量检测和应用研究等方面进行深入探索和研究，以保证焊接接头的质量和效率，同时推动HR3C超级不锈钢在不同领域的应用。

·４４·２０１０年第２期量分数为０．１５％～０．３５％的Ｎ，利用析出弥散分布、细小的ＮｂＣｒＮ相和富Ｎｂ的碳、氮化物以及Ｍ：，Ｃ。

来进行强化，成功地开发了新型奥氏体耐热钢ＨＲ３Ｃ，其蠕变断裂强度明显提高到１８１ＭＰａ。

ＨＲ３Ｃ钢种的开发过程如图ｌ所示。

图１ＨＲ３Ｃ钢的发展历程综合考虑，与其他耐热钢相比，ＨＲ３Ｃ具有优良的蠕变断裂强度和更优良的抗蒸汽和烟气的氧化性能，因此更适合用于超超临界机组中环境极为恶劣的锅炉过热器和再热器部件的末级管道中。

３．１基本组织如前文所述，ＨＲ３Ｃ是以奥氏体为基体，析出细小、弥散分布的ＮｂＣｒＮ、ＭＸ和Ｍ：，Ｃ。

三种强化相，同时有可能析出Ｃｒ２Ｎ相、盯相和Ｇ相。

其固溶态的金相组织见图２。

图２ＨＲ３Ｃ钢固溶状态的金相照片尽管在ＡＳＭＥ标准中规定了ＨＲ３Ｃ钢的合金元素及其成分范围，但实际上，在国外研发过程中对其成分范围有着更为严格的要求。

表２中给出了国外研发的ＨＲ３Ｃ钢管成分质量分数川。

表２国外研发的ＨＲ３Ｃ钢管成分质量分数％将表１和表２对比分析可知，国外研发过程中不仅对材料的主要合金元素有着严格的限制，同时对其他元素Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ等也有严格的限制。

对Ｃ、Ｐ、Ｓ的限制主要是为了有利于材料的焊接；Ｓｉ、Ｍｎ属于促进盯相形成元素，对它们进行适当的限制是为了抑制盯相的析出。

Ｎｂ处于中卜限（表１），与Ｎ、ｃ、ｃｒ配合可起到较为明显的沉淀强化和时效强化效果。

而对于Ｎｉ和Ｎ元素，有试验证明，当Ｎｉ和Ｎ质量分数低于中下限时（表１），在长期时效过程中会析出盯相；而当Ｎｉ和Ｎ质量分数高于中卜限时（表１），除．ｒ会析出富Ｎｂ的碳氮化物，还会析出Ｃｒ２Ｎ、１Ｔ相而降低材料的韧性。

Ｎ与ｃ一样，同为问隙元素，增加钢中Ｎ质量分数，可改善材料的高温强度，并稳定奥氏体相，改善抗晶问腐蚀与点腐蚀性能。

文献［１１］报道了对国外供货ＨＲ３Ｃ钢管成分进行鉴定，发现在材料中添加了Ｃｏ、Ｂ、灿等元素，认为有些元素如Ｂ是特意添加在材料中的，可改善材料晶间腐蚀性能，提高热塑性，改善热加工性以及影响钢中晶界第二相的析出和分布状态，从而提高ＨＲ３Ｃ的高温强度。

H R3C钢采用T h e r m a n i t617和Y T H R3C焊丝焊接接头高温短时强度性能试验HR3C钢采用Thermanit 617和YT-HR3C焊丝焊接接头高温短时强度性能试验林志华孔雁徐强吴明生上海电力建设有限责任公司摘要：本文通过对采用配套焊材YT-HR3C和镍基合金Thermanit 617焊材焊接HR3C钢的焊接接头，在四个不同温度条件下的高温短时强度性能对比试验，试验结果表明镍基合金焊材Thermanit 617焊接HR3C钢的焊接接头高温短时强度性能高于YT-HR3C焊材的焊接接头。

关键词：HR3C钢镍基合金焊材高温短时强度0 前言超超临界（USC）火力发电机组是有效利用能源的一项新技术。

目前，USC锅炉受热面中的过热器、再热器处于环境恶劣的条件之下，所用钢材在满足持久强度、蠕变强度要求的同时，还要满足管子外壁抗烟气腐蚀及抗飞灰冲蚀性能、管子内壁抗蒸汽氧化性能，所以采用具有抗烟气腐蚀、抗高温腐蚀和高温蒸汽氧化能力强的高铬镍奥氏体钢HR3C。

1问题由来现在与HR3C钢相配套的YT-HR3C焊材由日本日铁住金溶接工业株式会社生产，不但价格昂贵而且市场无货，给工程安装焊接造成了很大的影响。

为此，选用合理的镍基合金焊材来替代YT-HR3C焊材，在进行了焊接工艺评定的基础上，还针对不同工况温度条件下做了焊接接头高温短时强度试验，为充实焊接工艺评定项目提供数据。

HR3C钢采用由德国伯乐蒂森公司生产的镍基合金焊材Thermanit 617进行的焊接工艺评定，焊接接头的常温机械性能的各项试验数据均满足标准要求，但是对HR3C钢采用镍基焊材Thermanit 617焊接接头的高温短时强度性能仍存在疑虑。

因此，我们通过对HR3C钢用配套的焊材YT-HR3C和HR3C钢用镍基焊材Thermanit 617焊接的接头做高温短时强度性能试验并将两者试验数据进行对比，如果后者的数值等同或超过前者，那么为工程上选用镍基合金焊丝焊接HR3C钢提供了一定的依据。

HR3C与T91钢焊接工艺及接头组织与性能毕业设计一、绪论HR3C与T91钢分别属于奥氏体不锈钢和铬钼合金钢，在工业生产中具有广泛的应用。

HR3C钢是一种抗氧化性能优异的高合金不锈钢，通常用于制造高温锅炉、加热炉和高温容器等。

T91钢是一种低合金高强度钢，常用于制造中高温压力管道和锅炉组件等。

随着工业发展的需求，HR3C与T91钢的焊接工艺及接头组织与性能研究逐渐成为一个重要课题。

如何选择适当的焊接工艺，获得良好的焊接接头组织和性能，对提高焊接质量和工件的使用寿命具有重要意义。

本文旨在通过实验研究HR3C与T91钢的焊接工艺及接头组织与性能，为相应工业应用提供参考依据。

二、HR3C与T91钢的焊接工艺研究1.焊接材料的选择HR3C钢属于高合金不锈钢，焊接时应选择相应的焊接材料，通常选择相同或类似成分的焊材，以保证接头的均匀性和稳定性。

T91钢是一种低合金高强度钢，焊接时通常选择相应的焊材，同时考虑到钢材的强韧性和耐磨性。

2.焊接工艺的优化针对HR3C与T91钢的不同特点，确定合适的焊接工艺参数，保证焊接接头的质量和性能。

常见的焊接方法包括电弧焊、气体保护焊、激光焊等，针对不同的工件和要求选择合适的焊接方式。

三、HR3C与T91钢的接头组织及性能研究1.接头组织的观察通过金相显微镜观察HR3C与T91钢的焊接接头组织，分析晶粒结构、相变及晶粒尺寸等特征，研究焊接过程中的组织演变规律。

2.接头性能的测试对焊接接头进行拉伸、弯曲、冲击等性能测试，评价接头的强度、塑性及韧性等性能指标，分析焊接接头在不同工况下的性能表现。

四、实验设计与方法1.材料准备准备HR3C与T91钢的相应试样，确保试样质量和尺寸符合要求。

2.焊接工艺根据实验要求，选择适当的焊接工艺参数，进行实验焊接。

3.接头组织与性能测试对焊接接头进行金相观察和性能测试，分析接头的微观组织特征和力学性能表现。

五、结论与展望通过实验研究HR3C与T91钢的焊接工艺及接头组织与性能，得出相关结论，并对未来可能的研究方向提出展望。

内燃机与配件0引言焊接质量是火力发电厂受热面检修焊接作业质量关键环节之一，HR3C 钢分布于锅炉受热面的末级过热器（末级再热器）出口过渡段管屏中，焊接质量的好坏直接影响到机组的安全运行，同时也体现检修焊接任务作业的焊接技能水平。

受热面内部结构错综复杂、管排排列密集，管排间距排列小且使用的材料其含Cr 量较高，焊缝金属熔敷粘度比较大，铁水流动性差，焊接性比较差，焊接时要是氩气保护不好极易出现焊缝根部接头的氧化、发渣等缺陷。

因此比以往在锅炉受热面检修焊接作业中焊接质量相对偏低。

此外HR3C 钢含合金元素多，如果焊接环境温度过高、管材温度过高、氩气保护效果不到位、焊接接头层间温度控制不好，全氩施焊防风措施效果不好，施焊过程中金属极易发生氧化、发渣。

为提高我公司四期#7、#8机组末级过热器、末级再热器HR3C 钢焊接工艺方法，焊工班专门成立受热面末级过热器（末级再热器）焊接质量攻关技术QC 质量小组。

目的是确保四期末级过热器（末级再热器）HR3C 钢焊接接头一次无损检验合格率达到95%以上，为整个受热面焊接接头质量提供有利保障。

1HR3C 钢的性能及焊接材料选择1.1HR3C 钢的性能HR3C 钢管是日本住友金属钢管株式会社的商品名称是上个世纪90年代研发的新型奥氏体耐热钢。

它是在25Cr-20Ni （TP310）的基础上添加了一定量的铌和氮，使钢的高温持久强度、蠕变强度得到了很大的提高，是抗烟气腐蚀和内壁抗氧化性能更优异的奥氏体耐热钢。

1.2焊接材料选择由于HR3C 钢中的合金含量在40%以上。

所以HR3C 钢的电阻大、热传导性差，焊接的铁水粘稠，给焊接带来了一定的难度，容易产生焊接缺陷。

为了保证焊接接头的质量，选用与之匹配的焊接材料和通过焊接工艺评定确定合适的焊接工艺是至关重要的，日本住友金属熔接株式会社YT-HR3C 焊丝是与HR3C 相匹配的产品。

焊丝YT-HR3C 的化学成分见表1。

2HR3C 钢的焊接工艺由于机组停运检修时间较短，锅炉受热面内部环境温度很难降至焊接允许范围内，更换缺陷管难度很大。

奥氏体耐热钢SA-213TP310HCbN采用ERNiCr-3焊接接头性能试验及应用研究张玮; 莫春鸿【期刊名称】《《电焊机》》【年(卷),期】2019(049)008【总页数】5页(P72-75,82)【关键词】SA-213TP310HCbN; 焊接材料; 接头性能; 应用【作者】张玮; 莫春鸿【作者单位】东方电气集团东方锅炉股份有限公司四川自贡 643001【正文语种】中文【中图分类】TG457.110 前言SA-213TP310HCbN（日本牌号为HR3C）是日本住友金属株式会社在TP310型不锈钢的基础上添加合金元素Nb和N，利用弥散析出微细的Nb的金属间化合物NbCrN和Nb的碳、氮化合物以及M23C6碳化物强化而开发的一种高Cr、Ni 奥氏体不锈钢，具有较高的高温性能和良好的冷热加工性，特别是具有极其优异的抗蒸汽氧化性。

主要用于制造超临界/超超临界锅炉温度不超过700℃的高温过热器、再热器、屏式过热器等高温部件，其化学成分和力学性能如表1所示。

表1 SA-213TP310HCbN化学成分及力学性能w（C）0.04～0.10 w（Mn）≤2.00化学成分/%w（P）≤0.045 w（S）≤0.03 w（Si）≤1.00 w（Cr）24.0～26.0 w（Ni）19.0～22.0 w（N）0.15～0.35 w（Nb）0.20～0.60力学性能Rm/MPa≥655 Rp0.2/MPa≥295 A/%≥30硬度/HBW≤256自2005年起，SA-213TP310HCbN逐渐应用于我国100万kW和60万kW超超临界锅炉高温受热面部件上，经过多年的工程应用，其焊接工艺已非常成熟。

焊接材料的选择种类也较多，包括镍基焊丝 ERNiCr-3、ERNiCrMo-3 和ERNiCrCoMo-1[1-3]，以及匹配焊丝T-HR3C[4]，其化学成分及力学性能见表2、表3。

这几种焊丝焊接SA-213TP310HCbN的试验研究报道较多，但具体选择何种焊丝更为合理并未形成共识。

关于SUPER 304H/HR3C焊接焊材选用对比研究引言Super304H和HR3C两种钢材匹配的焊接材料国外已研发并应用，国内也有应用，但国内尚未见国产化或进行相关研究的报道。

因此，有必要寻找可以在工程中替代的焊接材料，镍基焊接材料在新型奥氏体不锈钢，特别是在奥氏体与铁素体异种钢的焊接中得到研究、认可和应用。

这里主要针对我公司焊培中心在对两种钢材的进行的8项焊接工艺评定过程中收集到的数据、资料、实验结果等进行分析、对比。

1、钢材化学成分及性能HR3C耐热钢（25Cr-20Ni-Nb-N）中的溶解氮及NbCrN氮化物的充分沉淀大大提高了600℃～750℃温度下的蠕变断裂强度，同条件下，其蠕变断裂强度要比TP347、TP310系列耐热钢高。

另外，由于高的Cr含量，其抗高温腐蚀和抗蒸汽氧化的能力强于18-8系列不锈钢，同310系列不锈钢相当。

SUPER304H(ASME CODE CASE2328-1 0.1C-18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N)的强度比ASME SA-213 Grade TP347H高２０％，富Cu相在使用过程中在奥氏体基体上的沉淀使其具有较好的高温蠕变性能，耐腐蚀性和细晶TP347H相当，SUPER304H已经写入比了日本的MITI标准，并广泛应用于电站锅炉的过热器管。

其化学成分和力学性能分别见表1和表2。

2、焊材选用两种材质共选用5种牌号的焊材，其中SUPER 304H和HR3C 各4种牌号的焊材，焊材的类别及生产厂家见表1。

3、焊材化学成分对比分析四种焊材的化学成分对比见表4从表1和表4可以看出，匹配焊材的化学成分和母材的化学成分大部分元素基本相似，部分元素不同，如HR3C母材中不含Cu，但焊材中含有2.98%的Cu，还有两种焊材中均加入了Mo（T-304H含有0.87%、T-HR3C含有0.86%）；两种ERNiCrCoMo-1焊材，和母材及匹配焊材相比，均加入了大量的Co、Mo。

镍基焊材焊接HR3C钢工艺和接头性能试验研究许爱军国华徐州发电有限公司，江苏徐州221166The welding technology HR3C with nickel steel materials and advanced developmentXUAIJUNGuohua Xuzhou Power Plant, Jiangsu Xuzhou 221166ABSTRACT: HR3C is a nickel chromium austenite and stainless steel. It is relatively strong resist the corrosive and temperature steam oxidizing. The nickel base materials capable of welding match welded HR3C steel, strong practical and high economic value. In the article by this two nickel base materials and welding HR3C match the welding joints for the test and analysis contrast, the good welding of nickel alloy steel capable of welding HR3C steel possibilities.KEY WORD:nickel base welding materials; HR3C steel; technology; capability摘要：HR3C为高铬镍奥氏体不锈钢，具有较强的抗高温腐蚀和高温蒸汽氧化能力。

采用镍基合金焊接材料代替匹配焊材焊接HR3C钢，具有较强的实用性和较高的经济价值。

本文通过对两种镍基焊材和HR3C匹配焊材的焊接接头进行试验、分析对比，得出镍基合金焊材代替匹配焊材焊接HR3C钢的可能性。