铁/镍基合金过渡接头的制造及微观组织表征

摘要

使用镍(Ni)基焊材连接马氏体耐热钢与镍基合金形成的异种金属焊接接头(dissimilar metal welds,DMWs)在高超超临界火电机组中有着广泛的应用。由于镍基焊缝与马氏体耐热钢的化学成分差异较大,在镍基焊缝与马氏体耐热钢的界面附近存在较大的成分梯度,导致界面两侧的微观组织和力学性能差异较大,界面往往成为该类接头蠕变并早期失效的位置。本研究以COST E马氏体耐热钢和617B镍基合金作为母材,采用双丝电弧增材制造技术制造了一种新的梯度过渡接头(graded transition joint,GTJ)。对该GTJ进行了化学成分、微观组织和硬度分析,结果表明:相较于常规DMWs,GTJ的化学成分梯度大幅降低;从马氏体耐热钢侧到镍基合金侧,过渡区域的基体组织类型从淬火马氏体转变为马氏体+奥氏体两相共存,最后全部转变为γ镍基组织,硬度分布表现为在淬火马氏体区最高(最高约500HV0.2),进入两相共存区后急剧下降(低于200HV0.2),在γ镍基组织区域又缓慢增加(不高于250HV0.2)。使用动力学计算方法考查了两相共存区在凝固过程中的元素分配行为,发现Ni、铬(Cr)和钼(Mo)元素倾向于在枝晶界处偏析,从而降低枝晶界处马氏体的转变起始温度(martensite start,Ms),使枝晶界处在室温时依旧为奥氏体组织,而枝晶芯部转变为马氏体组织。