0　前言

近幾十年來(lái)，隨著對(duì)火電機(jī)組高效率的不斷追求，機(jī)組經(jīng)歷了從超高壓(13～15 MPa, t≤540 ℃)、亞臨界(16～19 MPa, t≤540 ℃)、超臨界(24～26 MPa, t≤566 ℃)到超超臨界(24～31 MPa, t≥580 ℃)的發(fā)展歷程。高參數(shù)機(jī)組快速發(fā)展的基礎(chǔ)是鍋爐各部件材料的開(kāi)發(fā)，為保證高溫高壓下部件的可靠性和減少構(gòu)件的壁厚，必須配套研發(fā)相應(yīng)級(jí)別的材料。

火電機(jī)組用鋼主要分為鐵素體鋼(包括珠光體、貝氏體和馬氏體及其雙相鋼)和奧氏體鋼兩大類。在鐵素體耐熱鋼方面，由于低合金鐵素體耐熱鋼的應(yīng)用受到抗高溫氧化性能的限制，世界各國(guó)從上世紀(jì)60年代開(kāi)始了對(duì)新型鐵素體耐熱鋼的試驗(yàn)研究，目前已形成用于566 ℃以下的CrMoV鋼，566 ℃的2.25%Cr鋼，600 ℃等級(jí)的9～12%Cr鋼等材料系列；而對(duì)奧氏體耐熱鋼的改進(jìn)，主要是在傳統(tǒng)不銹鋼TP304,TP347等基礎(chǔ)上，通過(guò)提高Cr含量，添加合金元素、細(xì)化晶粒和表面處理等方法，研制出了TP347HFG,Super304H,HR3C,NF709等材料，其使用溫度高達(dá)650～700 ℃[1]。

為保證機(jī)組安全運(yùn)行，鍋爐對(duì)流管束高溫段主要選用奧氏體耐熱鋼，但是這些鋼種價(jià)格較高，所以從經(jīng)濟(jì)角度考慮，一般壁溫超過(guò)580 ℃的鍋爐受熱面管使用奧氏體耐熱鋼，而580 ℃以下部件采用鐵素體耐熱鋼。因此，在電站鍋爐的過(guò)熱器和再熱器結(jié)構(gòu)中，不可避免地出現(xiàn)了大量的異種鋼接頭。

通常，異種鋼焊接接頭主要指的是由鐵素體鋼和奧氏體不銹鋼焊接的接頭，如常見(jiàn)的12Cr1MoV/TP347H,G102/TP347H,10CrMo910/TP347H,T91/Super304H,T92/Super304H，T91/HR3C等。鐵素體/奧氏體異種鋼接頭一般采用奧氏體或鎳基合金作為焊接填充材料，國(guó)內(nèi)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 752—2010 《火力發(fā)電廠異種鋼焊接技術(shù)規(guī)程》對(duì)異種鋼焊材的選擇也做了規(guī)定，當(dāng)設(shè)計(jì)溫度不超過(guò)425 ℃時(shí)，可采用Cr,Ni含量較奧氏體型母材高的奧氏體焊材，而當(dāng)設(shè)計(jì)溫度高于425 ℃時(shí)，應(yīng)采用鎳基焊材[2]。運(yùn)行實(shí)踐表明，異種鋼管接頭容易發(fā)生早期失效，導(dǎo)致電站的非計(jì)劃停機(jī)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

1　國(guó)內(nèi)外異種鋼接頭早期失效情況

1.1　國(guó)外失效情況統(tǒng)計(jì)

國(guó)外電站鍋爐中異種鋼焊接接頭是從上世紀(jì)30年代開(kāi)始使用的，進(jìn)入50年代鍋爐過(guò)熱器和再熱器中的鐵素體/奧氏體異種鋼接頭陸續(xù)發(fā)生失效，引起了人們的廣泛重視。美國(guó)田納西流域管理局(TVA)的30臺(tái)鍋爐，在1970～1983年的十多年中發(fā)生了250次因異種鋼接頭早期失效而非計(jì)劃停機(jī)的事件。加拿大安大略省電力公司(Ontario Hydro)對(duì)31 000個(gè)異種鋼接頭的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，這種接頭大概運(yùn)行50 000 h，350次啟停后，就有480個(gè)(占1.55%)接頭發(fā)生失效。英國(guó)中央電業(yè)管理局(CEGB)統(tǒng)計(jì)了十多萬(wàn)個(gè)鐵素體/奧氏體的異種鋼接頭，其中103 554個(gè)接頭是鎳基填充金屬的，9 474個(gè)接頭用的是奧氏體填充金屬。結(jié)果表明，用奧氏體填充金屬的接頭早期失效的概率比鎳基的高，而且失效的時(shí)間早。前者在運(yùn)行1萬(wàn)小時(shí)失效的概率達(dá)到≥1%，而鎳基填充金屬的接頭在運(yùn)行10萬(wàn)小時(shí)后失效概率才達(dá)到≥1%的水平[3]。

1.2　國(guó)內(nèi)失效案例

國(guó)內(nèi)電站鍋爐采用鐵素體/奧氏體異種鋼接頭的歷史比較短，二十世級(jí)80年代開(kāi)始，國(guó)產(chǎn)或引進(jìn)的發(fā)電裝備中出現(xiàn)了大量的奧氏體不銹鋼和鐵素體耐熱鋼的異種鋼接頭，如典型的G102/TP347H接頭。1995年原電力工業(yè)部正式推薦使用T91/P91鋼，于是在200 MW和300 MW機(jī)組上出現(xiàn)了T91/12Cr1MoV,T91/TP347等異種鋼接頭。之后，在高參數(shù)機(jī)組上又出現(xiàn)了T91/ HR3C,T91/Super304H等接頭。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)也陸續(xù)有異種鋼接頭早期失效事故發(fā)生，并引起人們對(duì)接頭性能的廣泛關(guān)注[4-7]，大量案例表明鐵素體/奧氏體異種鋼接頭運(yùn)行至3萬(wàn)小時(shí)會(huì)出現(xiàn)早期開(kāi)裂[8]，異種鋼接頭早期失效已成為國(guó)內(nèi)廠正常運(yùn)行的重大安全隱患。

1.3　異種鋼接頭早期失效類型

鐵素體/奧氏體異種鋼焊接接頭常見(jiàn)的失效形式有三種。

采用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)量資料以（均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差）表示，兩個(gè)樣本均數(shù)比較采用t檢驗(yàn)，多于兩組樣本均數(shù)的比較，采用方差分析（ANOVA）；計(jì)數(shù)資料以（n，%）表示，采用χ2檢驗(yàn)，以P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

第一種失效型式是沿低合金側(cè)熔合線開(kāi)裂。如某電廠4號(hào)爐末過(guò)T91與TP347H異種鋼鎳基焊縫，沿T91側(cè)熔合線出現(xiàn)開(kāi)裂，鍋爐自投入運(yùn)行以來(lái)累計(jì)運(yùn)行約 6.9萬(wàn)小時(shí)，啟停51次。開(kāi)裂形貌如圖1所示，裂紋在外壁基本沿T91側(cè)熔合線，長(zhǎng)度約80 mm，寬約1 mm。已經(jīng)裂透。斷裂起源于外壁熔合線，沿熔合線擴(kuò)展，焊縫根部較寬，約為6 mm，管徑無(wú)明顯脹粗，斷口無(wú)明顯減薄。

圖1　某電廠T91/TP347H異種鋼焊縫開(kāi)裂實(shí)例

第二種失效型式是低合金側(cè)熔合線處產(chǎn)生氧化缺口。如某電廠1號(hào)爐末再材質(zhì)為12Cr1MoVG/TP347H的異種鋼焊接接頭，焊縫為鎳基金屬，在檢修的過(guò)程中曾多次發(fā)現(xiàn)焊接接頭處存在氧化缺口現(xiàn)象，氧化缺口大多位于低合金側(cè)熔合線處。圖2為機(jī)組累計(jì)運(yùn)行7.9萬(wàn)小時(shí)發(fā)現(xiàn)的氧化缺口，缺口深度約300 μm，缺口起源于管外壁低合金側(cè)熔合線，之后偏離熔合線向母材擴(kuò)展，在裂紋尖端存在沿晶擴(kuò)展的小裂紋。而且，大量取樣發(fā)現(xiàn)接頭低合金側(cè)熔合線處內(nèi)外壁均存在氧化缺口，總體而言外壁的缺口深度要大于內(nèi)壁。

圖2　某電廠12Cr1MoVG/TP347H異種鋼焊接接頭

第三種失效型式是裂紋發(fā)生在低合金側(cè)熔合線附近的母材上。如某電廠高溫再熱器管屏出口段T91/HR3C接頭水壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生泄漏，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，裂紋位于T91側(cè)，沿周向分布，貫穿了整個(gè)壁厚，如圖3所示[9]。外壁裂紋起始于熔合線附近(距熔合線1 mm左右)，裂紋在厚度方向幾乎垂直于管子軸向。顯微組織分析發(fā)現(xiàn)，啟裂部位的晶粒粗大，主裂紋內(nèi)有氧化物，分支裂紋存在明顯的沿晶擴(kuò)展特征。

對(duì)比可見(jiàn)，以上三種開(kāi)裂型式有共性也有異性。相同點(diǎn)是都發(fā)生在異種鋼接頭的低合金側(cè)。不同之處有兩點(diǎn)：①裂紋起源位置。前兩種失效型式裂紋起源于熔合線，而第三種型式起源于母材；②裂紋走向。第一種型式是沿著熔合線擴(kuò)展，第二種型式是由熔合線向母材擴(kuò)展，第三種是從母材的外壁向內(nèi)壁幾乎垂直擴(kuò)展。

圖3　某電廠T91/HR3C異種鋼接頭開(kāi)裂

2　異種鋼接頭的特性

異種鋼接頭首先是一個(gè)化學(xué)成分和組織的不均勻體，鐵素體/奧氏體接頭是低Cr與高Cr,Ni兩種差異較大成分的結(jié)合。如T91/TP347H異種鋼接頭中，T91含有8%～9.5%的鉻和小于0.4%的鎳，而TP347H的鉻鎳含量分別為17%～20%和9%～13%。其次，異種金屬的物理性能也存在差異。因此，異種鋼接頭要比同種鋼接頭復(fù)雜得多，其自身的一些特性和缺陷，包括焊縫金屬合金元素的稀釋、碳遷移產(chǎn)生脫碳層、蠕變強(qiáng)度不匹配、膨脹系數(shù)差別大以及接頭存在殘余應(yīng)力等，是接頭早期失效的“先天”因素。

第一，與正常語(yǔ)速相比，較慢語(yǔ)速是否對(duì)提高中國(guó)不同聽(tīng)力水平(較低中等水平和較高中等水平)英語(yǔ)學(xué)習(xí)者的聽(tīng)力理解能力更有效;第二，與正常語(yǔ)速相比，較慢語(yǔ)速是否對(duì)提高中國(guó)不同聽(tīng)力水平(較低中等水平和較高中等水平)英語(yǔ)學(xué)習(xí)者對(duì)短對(duì)話、長(zhǎng)對(duì)話和短文三種不同聽(tīng)力測(cè)試題型的理解能力更有效;第三，語(yǔ)速、英語(yǔ)學(xué)習(xí)者的聽(tīng)力水平和不同聽(tīng)力測(cè)試題型之間是否存在交互作用。

2.1　焊縫金屬合金元素的稀釋

從接頭成分來(lái)講，異種鋼接頭焊縫是由兩種化學(xué)成分不同的母材和填充金屬熔合而成，而低合金母材的熔入對(duì)焊縫金屬中合金元素的含量具有稀釋作用，使得焊縫金屬中奧氏體形成元素含量減少。當(dāng)焊縫金屬被稀釋較多時(shí)，容易出現(xiàn)馬氏體組織，從而惡化了接頭質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)裂紋。在焊接材料確定之后，焊縫金屬的成分取決于母材的熔化量，即熔合比，許多研究表明，考慮到稀釋效應(yīng)，選用較高Cr,Ni含量奧氏體鋼作填充金屬，并通過(guò)選取合適的接頭形式和焊接參數(shù)來(lái)控制熔合比，可以得到比較理想的焊縫組織結(jié)構(gòu)[10-11]。

2.2　碳遷移在低合金鋼側(cè)熱影響區(qū)產(chǎn)生脫碳層

碳遷移是異種鋼接頭運(yùn)行中出現(xiàn)的一個(gè)重要現(xiàn)象。從理論上分析，當(dāng)含鉻量不等的異種鋼接頭，在焊后熱處理或長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)行時(shí)，碳原子的擴(kuò)散能力要比其他元素大1×104～1×105倍。在碳原子擴(kuò)散過(guò)程中，當(dāng)碰上鉻、釩等強(qiáng)碳化物形成元素時(shí)，就形成了鉻、釩的碳化物，結(jié)果在接頭的高鉻或高釩區(qū)(或稱富Cr(V)區(qū))形成了一個(gè)碳化物層，而在其低鉻或低釩區(qū)(或稱貧Cr(V)區(qū))出現(xiàn)了脫碳層，這種碳由貧區(qū)向富區(qū)擴(kuò)散的過(guò)程就構(gòu)成了“碳遷移”。

上世紀(jì)六、七十年代，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就發(fā)現(xiàn)異種鋼接頭的“碳遷移”現(xiàn)象是在焊縫熱處理過(guò)程中形成的，其表現(xiàn)程度隨熱處理加熱溫度的高低而異[12-13]。而且由于“碳遷移”的出現(xiàn)，致使接頭熱影響區(qū)出現(xiàn)軟化帶，使接頭強(qiáng)度降低。因此碳遷移被認(rèn)為是影響接頭高溫使用壽命的主要原因之一。

后來(lái)的研究對(duì)碳遷移又有了新的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)碳遷移確實(shí)在焊縫的一側(cè)產(chǎn)生了增碳區(qū)，而脫碳區(qū)會(huì)在長(zhǎng)期的運(yùn)行中由遠(yuǎn)離熱影響區(qū)的碳不斷地?cái)U(kuò)散補(bǔ)充過(guò)來(lái)[14]。

對(duì)于脫碳層的性能，近些年也有學(xué)者進(jìn)行了更深入的研究。如李克儉等人[15]對(duì)碳遷移引起的9Cr和2.25Cr異種鋼焊接接頭高溫韌性的變化進(jìn)行了分析。通過(guò)對(duì)接頭HAZ的高溫準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)位于焊縫的貧碳區(qū)裂紋容易擴(kuò)展，并結(jié)合有限元計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在貧碳區(qū)中有塑性應(yīng)變集中現(xiàn)象，導(dǎo)致其損傷加劇，成為裂紋擴(kuò)展過(guò)程中的較弱環(huán)節(jié)。

2011年6月，玉樹(shù)州開(kāi)始恢復(fù)重建，白瑪文洲毅然接受組織委派，在3年災(zāi)后重建工作中不怕艱辛、堅(jiān)守崗位，充分發(fā)揚(yáng)“5+2、白加黑、特別能吃苦、特別能奉獻(xiàn)”的玉樹(shù)重建精神，白天走帳入戶宣講政策，晚上加班熬夜統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，全身心地投入恢復(fù)重建工作，圓滿完成任務(wù)，交上了一份滿意的答卷。

關(guān)于碳遷移對(duì)高溫蠕變性能的影響，Lundin[16]很早就指出蠕變開(kāi)裂發(fā)生在靠近熔合線的脫碳層。后來(lái)Albert和Sudha等人[17-19]的研究顯示脫碳區(qū)表現(xiàn)出較低的拉伸和蠕變強(qiáng)度，增碳區(qū)表現(xiàn)出較大的強(qiáng)度和硬度。但是脫碳區(qū)和增碳區(qū)的性能研究尚沒(méi)有明確的結(jié)論。

在抑制碳遷移的措施方面，人們發(fā)現(xiàn)鎳是一種能降低碳化物穩(wěn)定性的元素，并削弱碳化物形成元素對(duì)碳的親和能力，國(guó)外學(xué)者很早就提出了鎳基材料的使用，高鎳焊材可以減少碳遷移的程度[20-21], 但是鎳基焊材并不能完全抑制碳遷移的發(fā)生[22]。

2.3　蠕變強(qiáng)度的不匹配

二十世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)學(xué)者叢欣滋等人[23-24]在總結(jié)國(guó)外研究的基礎(chǔ)上，在異種鋼接頭蠕變強(qiáng)度方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)分析，提出材料之間的蠕變強(qiáng)度不匹配是異種鋼接頭早期失效的主要原因，由于蠕變強(qiáng)度不匹配使得鐵素體鋼側(cè)的焊縫界面成為接頭的薄弱部位，認(rèn)為“碳遷移”在焊縫界面產(chǎn)生增脫碳帶的結(jié)果加劇了這種不匹配程度。于是，提出增加一段蠕變強(qiáng)度介于鐵素體鋼和奧氏體鋼之間的過(guò)渡段，可以使異種鋼接頭的蠕變斷裂強(qiáng)度達(dá)到鐵素體同種鋼接頭的水平，但是此方法畢竟增加了焊縫數(shù)，使得不安全因素增加。

本研究結(jié)果顯示，肝癌患者TACE術(shù)后復(fù)發(fā)與腫瘤大小、腫瘤數(shù)量、HBsAg、BCLC分期、血管侵犯和術(shù)前PVT1表達(dá)量有關(guān)。Cox回歸模型分析結(jié)果顯示，肝癌患者TACE術(shù)后復(fù)發(fā)的獨(dú)立危險(xiǎn)因素有腫瘤大小、腫瘤數(shù)量、BCLC分期、血管侵犯和術(shù)前PVT1表達(dá)量。同時(shí)，影響肝癌患者TACE術(shù)后復(fù)發(fā)的危險(xiǎn)因素中術(shù)前PVT1表達(dá)量RR值最高，這提示PVT1表達(dá)水平是影響肝癌TACE術(shù)后復(fù)發(fā)的重要因素。

上世紀(jì)90年代末，史春元等人[25]利用有限元計(jì)算和蠕變斷裂試驗(yàn)方法，分析了鉻-鉬-釩系列異種鋼接頭的蠕變應(yīng)變分布特性。發(fā)現(xiàn)應(yīng)力三軸度隨著界面兩側(cè)材質(zhì)蠕變強(qiáng)度差別的增大而增大，并在緊鄰界面的低強(qiáng)度材料側(cè)出現(xiàn)最大值，而該點(diǎn)恰與接頭的蠕變斷裂位置相對(duì)應(yīng)，于是提出了緊鄰界面低強(qiáng)度母材側(cè)的應(yīng)力三軸度是控制異種鋼接頭沿焊縫界面發(fā)生蠕變脆性斷裂的主要力學(xué)參量的觀點(diǎn)。

近些年來(lái)，在異種鋼接頭蠕變損傷行為及其與接頭微觀組織之間的聯(lián)系方面也有了更深入的分析。Cao等人[26]通過(guò)對(duì)T92/HR3C異種鋼接頭在625℃下、110～180 MPa應(yīng)力范圍內(nèi)的蠕變?cè)囼?yàn)研究發(fā)現(xiàn)接頭蠕變斷裂的機(jī)理依賴于所施加的應(yīng)力水平。在較高應(yīng)力下，穿晶開(kāi)裂發(fā)生于T92母材上；在較低應(yīng)力下，沿晶開(kāi)裂發(fā)生在T92熱影響區(qū)的粗晶區(qū)。劉立營(yíng)等人[27]的研究也有相似的結(jié)論，對(duì)TP304H/12Cr1MoV異種鋼接頭的研究表明，隨著持久試驗(yàn)力的降低，試樣的斷裂塑性下降，斷裂部位由12Cr1MoV側(cè)母材逐漸轉(zhuǎn)移至熱影響區(qū)、熔合線。另外，接頭經(jīng)高溫長(zhǎng)期試驗(yàn)，12Cr1MoV側(cè)熔合線附近會(huì)析出鏈狀Ⅰ型碳化物，接頭的低塑性開(kāi)裂在該Ⅰ型碳化物處形核，進(jìn)而通過(guò)蠕變孔洞的長(zhǎng)大和連接的方式導(dǎo)致異種鋼接頭的早期脆性失效。國(guó)外學(xué)者Falat等人[28]對(duì)鎳基焊接的T91/TP316H接頭進(jìn)行了蠕變?cè)囼?yàn)，發(fā)現(xiàn)蠕變斷裂發(fā)生在T91側(cè)的臨界HAZ區(qū)，并且認(rèn)為蠕變斷裂機(jī)理是在晶界處由于微穴聚結(jié)而發(fā)生的晶間凹坑撕裂。

2.4　膨脹系數(shù)差異大

奧氏體鋼的線膨脹系數(shù)約比鐵素體鋼大30%～40%，導(dǎo)致接頭在承受熱循環(huán)影響時(shí)會(huì)在熔合界面處產(chǎn)生較高的熱應(yīng)力。鎳基焊材的線膨脹系數(shù)介于二者之間，選擇鎳基合金作為填充材料，可以一定程度上減少因膨脹引起的熱應(yīng)力。早在上世紀(jì)70年代，國(guó)外學(xué)者King等人[29]為解決線膨脹系數(shù)不匹配的問(wèn)題，提出在奧氏體鋼與鐵素體鋼之間加入一段熱膨脹系數(shù)介于兩者之間的800合金，在800合金/奧氏體鋼之間用奧氏體焊條焊接，在800合金/鐵素體鋼之間用鎳基合金焊接，形成一個(gè)熱膨脹系數(shù)逐級(jí)變化的過(guò)渡接頭。但是鐵素體與鎳基合金之間界面處依然是薄弱環(huán)節(jié)，因?yàn)槿渥儚?qiáng)度不匹配的問(wèn)題沒(méi)有解決[24]。

在土地資源方面，古辣鎮(zhèn)還是一塊尚未開(kāi)發(fā)過(guò)的處女地，大陸村呈標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)方形，是平坦而貧瘠的旱地，是房產(chǎn)投資商開(kāi)發(fā)旅游地產(chǎn)的現(xiàn)成寶地，而且地理位置較高，可開(kāi)發(fā)面積達(dá)八千多畝，地價(jià)低廉，是賓陽(yáng)縣重點(diǎn)推出的招商引資項(xiàng)目。

2.5　接頭存在殘余應(yīng)力

由于異種鋼接頭兩種母材在性能上的差異，焊接后接頭中的殘余應(yīng)力比相同條件下同種鋼殘余應(yīng)力要大，且經(jīng)焊后熱處理難以消除[30-31]。關(guān)于焊縫處的殘余應(yīng)力，國(guó)外學(xué)者曾對(duì)熔和區(qū)的應(yīng)力分布進(jìn)行過(guò)分析，雖然觀點(diǎn)有所差異。Faber 和Iring等人[32-33]認(rèn)為焊縫和熔合區(qū)附近的金屬受拉應(yīng)力作用，熱影響區(qū)中稍遠(yuǎn)離焊接邊界部分受壓應(yīng)力，更遠(yuǎn)處又為拉應(yīng)力。Sarafianos[34]利用奧氏體焊縫與珠光體母材在焊接邊界上因晶格常數(shù)的差異造成失配來(lái)計(jì)算應(yīng)力，結(jié)論認(rèn)為奧氏體焊縫中為壓應(yīng)力，珠光體母材受拉應(yīng)力，并用切片法進(jìn)行了X射線應(yīng)力分布測(cè)定。國(guó)內(nèi)學(xué)者曹晟等人[35]對(duì)G102/TP347H異種鋼接頭的殘余應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)不論接頭的坡口形式和熱處理狀態(tài)如何，接頭外表面軸向殘余應(yīng)力在G102側(cè)為拉應(yīng)力，在TP347H側(cè)為壓應(yīng)力。之后，潘春旭[36]在總結(jié)國(guó)內(nèi)外異種鋼焊接性研究成果時(shí)指出，對(duì)異種鋼焊接接頭中的應(yīng)力/應(yīng)變狀態(tài)的研究依舊處于定性分析階段，這對(duì)接頭的失效分析，特別是接頭的壽命預(yù)測(cè)帶來(lái)困難。

全面覆蓋。從縱向覆蓋的角度來(lái)看，從軍委機(jī)關(guān)、戰(zhàn)區(qū)、軍兵種到團(tuán)級(jí)單位，都應(yīng)建立軍隊(duì)行政權(quán)力清單制度，明確各級(jí)行政權(quán)力清單、權(quán)力運(yùn)行流程和相應(yīng)責(zé)任。從橫向覆蓋的角度來(lái)看，權(quán)力事項(xiàng)的各個(gè)領(lǐng)域均應(yīng)建立軍隊(duì)行政權(quán)力清單制度，使該權(quán)力事項(xiàng)涉及的機(jī)關(guān)部門(mén)明確本級(jí)所擁有的權(quán)限、與其他部門(mén)的權(quán)力切分。

教師的教育信念是教師專業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容，是教師專業(yè)結(jié)構(gòu)的有機(jī)組成部分，在教師專業(yè)結(jié)構(gòu)中位于較高層次，統(tǒng)領(lǐng)著教師專業(yè)結(jié)構(gòu)中的其他方面[1]。

2.6　低合金鋼側(cè)容易產(chǎn)生氧化缺口

由于碳遷移以及碳化物的析出使得低合金側(cè)熔合線附近貧鉻，降低了其抗氧化性，高溫運(yùn)行中該部位表面會(huì)優(yōu)先氧化。同時(shí)，低合金鋼側(cè)往往蠕變強(qiáng)度較低，蠕變滑移會(huì)破壞氧化膜的連續(xù)性，使氧離子及其它腐蝕介質(zhì)向內(nèi)部擴(kuò)散，逐漸形成了氧化缺口。早期，楊厚君等人[37]發(fā)現(xiàn)氧化缺口在運(yùn)行后的異種鋼接頭中很普遍，但通常并不擴(kuò)展，認(rèn)為大量的異種鋼接頭失效并沒(méi)有表現(xiàn)出因氧化缺口而導(dǎo)致的特征。后來(lái)，趙彥芬等人[38]認(rèn)為氧化后形成的氧化物在焊縫界面和晶界形成“楔子效應(yīng)”，使界面內(nèi)應(yīng)力增大，蠕變加速，蠕變孔洞的形成又促使氧化向內(nèi)部擴(kuò)展，并在氧化缺口根部產(chǎn)生應(yīng)力集中。同時(shí)，由于熔合線兩側(cè)強(qiáng)度的差異使得接頭變形集中在低合金鋼的熔合線區(qū)域，這進(jìn)一步加大了缺口根部的應(yīng)力集中，并最終導(dǎo)致裂紋沿熔合線擴(kuò)展。

3　影響異種鋼接頭早期失效的服役狀況

除了自身的組織和性能的原因外，異種鋼接頭的服役狀況也是影響其早期失效的一個(gè)重要方面。鍋爐的超溫運(yùn)行和機(jī)組調(diào)峰時(shí)的變負(fù)荷運(yùn)行都會(huì)給異種鋼接頭壽命造成嚴(yán)重?fù)p害，此外，接頭還會(huì)受到由于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的約束引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、管子振動(dòng)引起的彎曲應(yīng)力等。

針對(duì)部分老化管線結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)重，注水生產(chǎn)時(shí)壓力損失大、刺漏狀況頻發(fā)等問(wèn)題，2017年完成17條腐蝕老化注水管線、1條注水干線的改造，將管線材質(zhì)由復(fù)合管改為無(wú)縫鋼管，改造總長(zhǎng)度16.3 km，涉及17口注水井，對(duì)應(yīng)注配間柱塞泵降壓 0.5 MPa，節(jié)電 4.2×104kWh。

3.1　超溫運(yùn)行對(duì)異種鋼接頭的影響

超溫就是材料超過(guò)其額定使用溫度范圍，超溫運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致鋼材組織和結(jié)構(gòu)變化加快，蠕變速度相應(yīng)增加，持久強(qiáng)度下降，使用壽命達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而提早損壞。徐遠(yuǎn)鵬[39]對(duì)高溫再熱器T22/TP304H異種鋼接頭進(jìn)行了金相分析，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期處于超溫下運(yùn)行使接頭組織出現(xiàn)了碳化物析出、網(wǎng)狀碳化物和σ相鐵素體產(chǎn)生、晶體粒度變大等一系列現(xiàn)象，這些變化會(huì)使得異種鋼接頭的強(qiáng)度、塑性、韌性、抗晶間腐蝕能力等性能顯著下降。

3.2　機(jī)組調(diào)峰對(duì)異種鋼接頭的影響

西方發(fā)達(dá)國(guó)家為解決電網(wǎng)的調(diào)峰問(wèn)題，從電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、網(wǎng)內(nèi)機(jī)組構(gòu)成比例以及消費(fèi)者用電政策等方面綜合考慮，通過(guò)建設(shè)和改建水電機(jī)組、抽水蓄能電站與核電站配對(duì)建設(shè)以及增加網(wǎng)內(nèi)調(diào)峰機(jī)組容量等方式，來(lái)化解電網(wǎng)的供需矛盾，盡量縮小電網(wǎng)峰谷差。

國(guó)內(nèi)目前電網(wǎng)調(diào)峰問(wèn)題主要由火電機(jī)組承擔(dān)，而機(jī)組參加調(diào)峰主要采用低負(fù)荷運(yùn)行、兩班制運(yùn)行以及少汽無(wú)功運(yùn)行三種方式。國(guó)內(nèi)機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行具有啟動(dòng)次數(shù)多、啟停和負(fù)荷變化速度快的特點(diǎn)，使得汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、鍋爐管道等部件長(zhǎng)期受到交變應(yīng)力的影響。國(guó)內(nèi)學(xué)者曾探討過(guò)機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行對(duì)金屬部件壽命的影響人[40]，機(jī)組參加一次調(diào)峰運(yùn)行，金屬部件就會(huì)經(jīng)歷一次應(yīng)力循環(huán)，在這種循環(huán)應(yīng)力的反復(fù)作用下，就會(huì)引起材料的疲勞損傷。因此，變工況運(yùn)行給鍋爐異種鋼接頭帶來(lái)的疲勞損傷也必須引起重視。

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多研究人員認(rèn)識(shí)到機(jī)組運(yùn)行時(shí)的循環(huán)載荷可能對(duì)異種鋼接頭早期失效起到重要影響。李萌盛等人[41]為了分析電站機(jī)組兩班運(yùn)行對(duì)鍋爐管異種鋼接頭壽命的影響，對(duì)已安全服役5.4萬(wàn)小時(shí)的G102/19Cr9Ni異種鋼接頭做了截取和模擬加熱試驗(yàn)，對(duì)循環(huán)加熱200次的接頭和未循環(huán)加熱的接頭進(jìn)行了金相和顯微硬度分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱疲勞促使接頭G102側(cè)局部材料組織蛻化、脫碳軟化和表面優(yōu)先氧化。

蔡文河等人[6]對(duì)運(yùn)行近4萬(wàn)小時(shí)出現(xiàn)開(kāi)裂的TP347H/12Cr1MoV異種鋼接頭進(jìn)行了微觀組織和力學(xué)性能分析，確認(rèn)早期失效是由于熔合線附近的應(yīng)力水平較高，并與設(shè)備啟停過(guò)程中的交變熱應(yīng)力、爐管內(nèi)氣流波動(dòng)引起的振動(dòng)應(yīng)力等相疊加，導(dǎo)致接頭熔合線承受幅值較高的交變載荷作用而產(chǎn)生的低周疲勞失效。

岳亮[42]經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)電廠現(xiàn)場(chǎng)勘察，發(fā)現(xiàn)屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器管屏異種鋼焊口斷裂全部集中在管屏出口段頂棚管之下TP347H/T91的異種鋼焊口處。認(rèn)為接頭斷裂的主要原因是內(nèi)壓及自重力疊加引起的應(yīng)力疲勞，尤其電廠調(diào)負(fù)荷時(shí)過(guò)熱器出口壓力變化達(dá)2～3 MPa，建議電廠盡量降低啟停速度，減少快速變負(fù)荷。

胡加瑞等人[43]研究了1 025 t/h鍋爐末級(jí)過(guò)熱器12Cr2MoWVTiB/TP347H異種鋼焊口運(yùn)行8萬(wàn)小時(shí)后的斷裂失效特征。認(rèn)為一方面是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后，貝氏體鋼側(cè)熔合線沖擊性能會(huì)降低；另一方面，在焊縫熔合線附近區(qū)域應(yīng)力水平較高，與機(jī)組運(yùn)行中的交變熱應(yīng)力、爐管內(nèi)氣流波動(dòng)引起的振動(dòng)應(yīng)力等相疊加，使熔合線附近受到了應(yīng)力幅值較高的交變載荷作用而產(chǎn)生疲勞失效。

可見(jiàn)，機(jī)組變工況運(yùn)行帶來(lái)的交變載荷已被認(rèn)為是異種鋼接頭早期失效的一個(gè)重要因素，然而這一認(rèn)識(shí)仍然局限于定性分析層面。

這里的“梵書(shū)”究竟指哪一部書(shū)，已不可考。然從其所引梵書(shū)說(shuō)：“日宮一樹(shù)而有雞王棲其上，彼鳴則天下雞皆鳴?！笨芍捎陔u有“知時(shí)”“報(bào)曉”的功能，故可以常住日宮。

3.3　蠕變疲勞交互作用

在高溫環(huán)境下，蠕變-疲勞交互作用是造成金屬材料和部件失效的主要形式，蠕變疲勞交互作用的關(guān)鍵在于損傷在材料內(nèi)部逐漸積累。上世紀(jì)80年代，Dooley等人[44]曾選取Ontario Hydro電廠鍋爐過(guò)熱器和再熱器鐵素體/奧氏體異種鋼接頭，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了“兩班”運(yùn)行溫度-壓力循環(huán)模擬試驗(yàn)，通過(guò)金相觀察發(fā)現(xiàn)典型的蠕變空穴，認(rèn)為蠕變空穴的連通是由疲勞引起的，即與“兩班”運(yùn)行有聯(lián)系，提出異種鋼接頭的失效機(jī)理包括蠕變疲勞交互作用。

國(guó)內(nèi)進(jìn)行過(guò)大口徑管道焊接接頭的蠕變-疲勞試驗(yàn)分析[45-47]，但尚沒(méi)有關(guān)于小管道異種鋼接頭的蠕變疲勞模擬試驗(yàn)報(bào)道。針對(duì)異種鋼接頭蠕變疲勞交互作用的進(jìn)一步研究，需要結(jié)合國(guó)內(nèi)機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行過(guò)程中啟動(dòng)次數(shù)多的特點(diǎn)，重新認(rèn)識(shí)疲勞因素在這一失效過(guò)程中的作用。

這背后，我以為與法國(guó)人對(duì)待博物館、對(duì)待歷史的態(tài)度有關(guān)。漫步于巴黎街頭，處處都是古跡文物，處處都是歷史，但處處也都是當(dāng)下人的生活。在這里，歷史是鮮活的，是被延續(xù)的。博物館里的每一件文物，仿佛都是活生生的，并沒(méi)有人為切斷，你可以暢通地與之對(duì)話，用你的生活經(jīng)歷建構(gòu)你自己的歷史敘事。除了這種對(duì)待歷史的態(tài)度，盧浮宮所展現(xiàn)出來(lái)的氣魄與度量，我想除了高科技的保護(hù)措施之外，也與法國(guó)的國(guó)民素質(zhì)自信有關(guān)。整個(gè)參觀的過(guò)程中，歐洲面孔都表現(xiàn)出了較為優(yōu)雅的素養(yǎng)，沒(méi)有大聲喧嘩，更無(wú)人真的去觸摸那些觸手可及的藏品。我想，正是這種優(yōu)良的公民素養(yǎng)，才增強(qiáng)了其諸多制度安排和生活方式的“底氣”。

4　尚不確定因素

對(duì)異種鋼接頭早期失效機(jī)理的研究雖然已經(jīng)積累了大量的成果，但還有諸如以下一些不確定的因素：

(1)接頭氧化開(kāi)裂的機(jī)理與腐蝕介質(zhì)。雖然有研究將氧化缺口視為異種鋼接頭沿熔合線開(kāi)裂的一個(gè)誘因，但是對(duì)于文中2.3節(jié)所述第二種失效型式，即氧化開(kāi)裂后裂紋逐漸偏離熔合線向低合金母材擴(kuò)展，目前還沒(méi)有相關(guān)研究來(lái)解釋此種失效現(xiàn)象的機(jī)理。另外，對(duì)于服役環(huán)境中促使異種鋼接頭產(chǎn)生氧化缺口的腐蝕介質(zhì)，如鍋爐燃燒的煤種等，也需要進(jìn)一步分析清楚，以便找到有效改善這種失效現(xiàn)象的措施。

(2)機(jī)組調(diào)峰對(duì)異種鋼接頭的影響程度。如前面所述，國(guó)內(nèi)許多研究都提出機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行引起的交變載荷是異種鋼接頭早期失效的重要原因，但是這一認(rèn)識(shí)目前尚缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，變工況運(yùn)行過(guò)程中接頭的應(yīng)力狀態(tài)究竟如何，有待于定量地描述。

(3)針對(duì)不同開(kāi)裂型式的試驗(yàn)?zāi)M。對(duì)異種鋼焊接接頭開(kāi)裂的模擬試驗(yàn)并不多見(jiàn)，若能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，通過(guò)設(shè)計(jì)特定的加載工況，使異種鋼接頭再現(xiàn)服役狀態(tài)下的早期開(kāi)裂型式，并結(jié)合接頭的顯微組織觀察，可以對(duì)其失效機(jī)理形成更直觀的認(rèn)識(shí)。

(4)接頭開(kāi)裂機(jī)理的有限元計(jì)算模擬。異種鋼接頭的早期失效是一個(gè)在多種外載荷作用下促使缺陷在不均勻材料組織中形成與擴(kuò)展的過(guò)程。常規(guī)的蠕變?cè)囼?yàn)和高溫持久試驗(yàn)僅適用于均勻材料，對(duì)非均勻的異種鋼接頭存在局限性，近年來(lái)，張伯奇等人[48]提出應(yīng)采用蠕變?cè)囼?yàn)與有限元計(jì)算相結(jié)合的方法對(duì)異種鋼接頭進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，以便得到更可靠的結(jié)果。也有研究[49]曾通過(guò)試驗(yàn)觀察，發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋在鐵素體/奧氏體接頭熔合區(qū)中擴(kuò)展的路徑是接頭中韌性最低的熱影響區(qū)過(guò)熱區(qū)，而焊縫與熱影響區(qū)之間的馬氏體層對(duì)疲勞裂紋有較大的抗力，裂紋的擴(kuò)展主要受到組織韌性的控制。因此，利用有限元的手段，充分考慮異種鋼接頭各區(qū)域力學(xué)性能的不均勻性，采用合適的損傷模型進(jìn)行計(jì)算分析，仍將是有效而具有挑戰(zhàn)性的工作。

5　結(jié)語(yǔ)

基于上述對(duì)異種鋼接頭早期失效的研究成果和認(rèn)識(shí)，下一步研究工作將在以下幾方面展開(kāi)：

(1)作者近年來(lái)對(duì)某鍋爐再熱器T22/TP347異種鋼接頭的定期取樣檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，所取得大部分金相試樣在低合金鋼的熔合線部位都可觀察到氧化缺口現(xiàn)象，且內(nèi)壁、外壁均存在缺口，并且發(fā)現(xiàn)氧化缺口在運(yùn)行中發(fā)生了擴(kuò)展。下一步需要對(duì)焊接接頭氧化缺口的發(fā)展速率以及缺口深度和管子性能之間的關(guān)系做進(jìn)一步分析。

(2)針對(duì)國(guó)內(nèi)機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行過(guò)程中機(jī)組啟動(dòng)次數(shù)多、啟停和變負(fù)荷速度快的實(shí)際情況，將通過(guò)對(duì)異種鋼接頭應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，建立接頭的動(dòng)態(tài)應(yīng)力模型，定量分析變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)異種鋼接頭的應(yīng)力狀態(tài)。

(3)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)異種鋼接頭應(yīng)力的測(cè)試結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)接頭失效模擬試驗(yàn)，根據(jù)開(kāi)裂型式和斷口特性分析交變載荷的影響程度。

讀以上詩(shī)作可知，詩(shī)人重游崇效寺，殘暑里花木倦怠蕭疏，沒(méi)有去年的芳姿，低落之余惟見(jiàn)《青松紅杏圖》還是舊日模樣，時(shí)間愈久愈珍貴。 詩(shī)人摩挲這見(jiàn)證歷史的畫(huà)卷的同時(shí)，物是人非之感，佛燈千載之嘆也涌上心頭。

(4)綜合分析前述各種失效因素的危害程度及其相互作用機(jī)理，找出可以有效緩解異種鋼接頭早期失效的可行手段。

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六是以增強(qiáng)社會(huì)水法治觀念和水憂患意識(shí)為重點(diǎn)，加強(qiáng)普法依法治理。圍繞“節(jié)約保護(hù)水資源，大力建設(shè)生態(tài)文明”的宣傳主題，認(rèn)真組織“世界水日”“中國(guó)水周”紀(jì)念活動(dòng)，為水利系統(tǒng)依法治理營(yíng)造了良好法治環(huán)境。陳雷部長(zhǎng)分別在人民日?qǐng)?bào)、光明日?qǐng)?bào)等主流媒體發(fā)表了《加強(qiáng)水生態(tài)文明建設(shè) 大力節(jié)約保護(hù)水資源》署名文章。創(chuàng)新形式，與國(guó)家郵政局首次聯(lián)合發(fā)行紀(jì)念“世界水日”郵票，傳播節(jié)約保護(hù)水資源的理念。根據(jù)全國(guó)普法辦部署，開(kāi)展水利“六五”普法中期檢查督導(dǎo)工作，廣泛弘揚(yáng)法治精神，為加快推進(jìn)水利改革發(fā)展?fàn)I造了良好的法治環(huán)境。