摘要
制氢转化炉管作为烃类水蒸汽转化法制氢设备的重要组成部分，在长期高温高压的服役环境下往往由于发生材质劣化而无法继续使用，必须对其进行更换维修处理。在更换维修的焊接操作中经常出现热裂纹等缺陷，难以保证维修质量。针对炉管更换修复工作存在的焊接问题，首先观察了发生服役劣化HP40Nb转化炉管的服役态焊接接头显微组织特征和析出相的形态及分布情况，并测定了强度、硬度和冲击韧性等性能参数；第二，采用在电炉中整体加热的方法对服役劣化转化炉管材料进行了热处理，观察分析了热处理后转化炉管母材的微观组织形貌及变化情况；第三，使用热模拟技术分析研究了焊接电弧对服役劣化转化炉管焊接热影响区的微观组织和力学性能的作用以及焊接修复的影响；第四，采用TIG电弧对焊接坡口进行表面重熔处理并分析了其对服役劣化转化炉管微观组织的影响；最后，采取TIG电弧重熔坡口加堆焊工艺方法进行焊接修复试验，通过不同焊接工艺的修复效果对比，得到适宜的服役劣化转化炉管焊接修复方法。研究结果表明：(1)服役劣化HP40Nb炉管母材中有大量的碳化物聚集在奥氏体晶界上形成网链状结构，而原始焊接接头的熔敷金属中只有少量碳化物析出；接头的抗拉强度有小幅度降低，但其延伸率和冲击韧性均发生严重下降。(2)整体热处理在980℃保温6小时后仅晶界碳化物内部发生部分溶解，并不能有效消除晶界析出相。(3)在焊接热影响区的热模拟试验中，焊接热影响区内奥氏体晶界及晶内析出物的析出程度随着热循环峰值温度升高而逐渐降低，富铬相M23C6比例下降59%，经历峰值温度为1250℃的区域，晶界析出物内部出现大量短棒状结构，晶内析出物基本全部消失，G相彻底溶解转变生成NbC；在峰值温度1250℃的模拟焊接热循环作用下材料延伸率增加至2%左右，但仍远低于标准值(8 %)，在峰值温度1150℃及以上的区域材料抗拉强度高于标准值，但抗拉强度及延伸率在峰值温度1050℃的区域出现最低值。(4)TIG电弧坡口表面重熔处理可以得到最大深度达2.0mm的细晶粒区，热影响区奥氏体晶内原析出物全部溶解，晶界析出物大量溶解呈网筛状结构。(5)TIG电弧重熔坡口加堆焊工艺处理能够有效抑制服役劣化转化炉管焊接修复时热影响区裂纹的产生。
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