20、硼对P91钢ICHAZ软化和硬化效果的影响研究

硼对P91钢ICHAZ软化和硬化效果的影响研究

1. 引言

P91铁素体/马氏体钢具有出色的抗蠕变和耐腐蚀性能，广泛应用于核电厂和热电厂的高温高压管道。为获得无泄漏的蒸汽传输接头，常采用高输入热的熔焊工艺来制造P91钢部件。然而，这些焊接工艺会导致热影响区（HAZ）变窄，进而引发外HAZ的IV型失效问题。此前研究通过Gleeble热模拟确定了临界热影响区（ICHAZ）为IV型失效区域，原因包括细软晶粒的形成、M₂₃C₆碳化物的粗化以及马氏体亚结构的恢复。焊接后进行焊后热处理（PWHT）可减少HAZ的组织不均匀性，但ICHAZ在PWHT和服役过程中仍会发生动态回复和再结晶。

通过控制合金元素的添加可以解决这些问题。以下是各元素对P91B钢性能的影响：
- 碳（C） ：稳定奥氏体，延缓δ铁素体形成，提高抗拉强度、硬度和淬透性，但高浓度会导致碳化物粗化，降低蠕变强度。控制添加量可保持韧性和可焊性。
- 铬（Cr） ：提高蠕变强度和高温抗氧化性，形成M₂₃C₆碳化物，降低马氏体起始温度，升高Ac₁温度。高扩散系数会导致M₂₃C₆碳化物粗化。
- 钼（Mo） ：稳定铁素体，提高结合力，促进碳化物形成，增强蠕变强度和韧性，降低马氏体起始温度，提高抗点蚀性能。但含量超过1%会加速M₂₃C₆粗化和Laves相析出。
- 钒（V）和铌（Nb） ：稳定铁素体，形成碳化物和氮化物，有助于保留细亚晶粒。但铬扩散会使铌碳氮化物转变为Z相。
- 氮（N） ：形成奥氏体，延缓δ铁素体形成，促进