NiCrMoV钢汽轮机转子堆焊接头组织性能研究

NiCrMoV钢是汽轮机组常用的转子材料，具有较高的强度，良好的冲击性能和抗疲劳裂纹扩展能力。但在高温高压条件下，转子转轴和轴瓦在高速旋转过程中易出现粘滞、咬合等问题，导致转子轴颈提前失效，且NiCrMoV系列钢不能满足在饱和蒸汽压情况下长期服役的耐腐蚀性要求。因此,提高转子轴颈的表面耐腐蚀性及转子件的综合力学性能是汽轮机组安全、高效运行的技术关键。国外某核电转子制造企业推荐在轴颈表面堆焊马氏体不锈钢，以提高转子轴颈的表面耐磨性及耐腐蚀性。因为异种钢焊接过程中转轴基材和堆焊层金属合金元素的浓度差异，在高温条件下易造成碳扩散，从而导致在熔合线附近形成碳化物带，可能成为影响转子运行安全的潜在危险。为此，本文进行轴颈堆焊时，在堆焊马氏体不锈钢13Cr之前，堆焊一定厚度的低碳钢过渡层材料。堆焊接头的这种夹心式的结构设计，以期有利于降低焊接接头的残余应力，且低碳过渡层能够抑制碳的迁移和在一定程度上有效地阻滞不锈钢耐蚀层中碳化物的大量析出和积聚，从而提高转子整个堆焊接头的综合性能。

　　堆焊试验用母材NiCrMoV钢、过渡层焊丝和不锈钢耐蚀层堆焊焊丝的化学成分如表1所示。

　　表1 母材及堆焊所用焊丝的化学成分(质量分数,%)　　

　　采用埋弧自动焊的方法进行模拟件的堆焊，其焊接工艺参数为：焊接电流400A，焊接电压32V，焊接速度18cm/min。模拟件焊后进行热处理，其规范见图2所示。然后采用机械切割方法，制备化学分析、金相分析、冲击试验和电化学分析等试样。

　　中间过渡层中，随着离开母材距离的增大，母材对过渡层的稀释率逐层降低。尤其在过渡层第三层中，合金元素含量降低显著，可以有效地防止碳等合金元素向不锈钢层的扩散。不锈钢耐蚀层第一层为粗大的板条状马氏体，且晶间有碳化物析出，是整个堆焊接头冲击性能最薄弱的环节。添加过渡层在一定程度上抑制了碳化物聚集带的形成，有效地改善了堆焊接头的冲击性能。尤其是不锈钢耐蚀层第一层，在添加过渡层之后其冲击功提高了近一倍。堆焊后，接头表层不锈钢具有较低的腐蚀电流和较高的腐蚀电位，其耐腐蚀性良好，且点蚀电位达到380mV，可以有效地抑制点蚀的发生。