2.25Cr-1Mo STEEL WELDMENTS

105CANADIANMETALLURGICALQUARTERLYCARBIDEDEVELOPMENTINTHEHEATAFFECTEDZONEOFTEMPEREDANDPOST-WELDHEATTREATED2.25Cr-1MoSTEELWELDMENTSB.E.PEDDLEandC.A.PICKLESDepartmentofMaterialsandMetallurgicalEngineering,Queen’sUniversityKingston,OntarioCanadaK7L3N6(ReceivedJune2000;inrevisedformSeptember2000)Abstract—Inthiswork,weldswerefabricatedinthicksection2.25Cr-1Mosteelpipeusingthetemperbeadandconventionalweavingprocedures.Thedevelopmentofalloycarbidesintheheataffectedzoneofeachweldmentduringtemperingat538°Cwasstudiedandcomparedtothoseachievedbypost-weldheattreatmentat725°C.As-weldedsamplesweretemperedeitherat538°Cforupto4000hourstosimulateoperatingtemperatureexposureorat725°Cfor3hourstosimulatepost-weldheattreatment.Carbonextractionreplicasweretakenfromtheheataffectedzoneandanalyzedusingtransmissionelectronmicroscopy(TEM)andenergydispersivespectroscopy(EDS).Thegrainboundarycarbidedistribution,arealfraction,carbidespeciesdistributionandcarbidechemistryweredetermined.Intheas-weldedcondition,themajorcarbidespecieswasM3Cwithminoramountsoffine,globularM2C.Also,M3CdissolvedandM7C3,M23C6andM6Cdevelopedduringaging.Post-weldheattreatmentover-agedtheheataffectedzoneandcoarse,globularcarbides(identifiedasM7C3,M23C6,M6CandM2C)developedprimarilyatthegrainboundaries.Onlyasmallamountoffine,acicularM2Cwasobserved.Carbideswithinthetemperbeadheataffectedzoneagedmorerapidlythanthoseintheconventionalweavingheataffectedzoneasaresultoftheinitialmartensitictemperbeadheataffectedzonemicrostructure.Previousworkhadshownthatthetemperbeadheataffectedzonetoughnessdecreasedafter1000hoursat538°C.Thiscorrelatedwiththecoarseningandagglomerationofthegrainboundarycarbides.Résumé—Danscetravail,onasoudédessectionsépaissesd’acier2.25Cr-1Mo,pourtuyau,enutil-isantdesprocédésdecordonrevenuoudecordonbalancéconventionnel.Onaétudiéledéveloppementdescarburesdel’alliagedanslazoneaffectéeparlachaleurdechaqueconstructionsoudéelorsdurevenuà538°C.Onacomparécescarburesàceuxobtenusavecuntraitementthermiqueaprèssoudage,à725°C.Onafaitrevenirleséchantillonsdebrutdesoudagesoità538°Cjusqu’à4000heures,poursimuleruneexpositionàlatempératured’opération,soità725°Cpendanttroisheures,poursimulerletraitementthermiqueaprèssoudage.Onafaitdesrépliquesdecarbonedanslazoneaffectéeparlachaleuretonlesaanalyséesparmicroscopieélectroniqueàtransmission(TEM)etparspectroscopieàdispersiond’énergie(EDS).Onadéterminéladistributiondecarburedanslesjointsdegrain,leurfrac-tionsuperficielle,ladistributiondesespècesdecarbureainsiqueleurchimie.Pourlesbrutsdesoudage,laprincipaleespècedecarbureétaitleM3C,avecdesquantitésmineuresdeM2C,finetglobulaire.Également,leM3Cs’estdissousalorsqueleM7C3,leM23C6ainsiqueleM6Csesontdéveloppés.Letraitementthermiqueaprèssoudageavieilliexcessivementlazoneaffectéeparlachaleuretdescarburesgrossiersetglobulaires(identifiéscommeétantM7C3,M23C6,M6CetM2C)sesontdéveloppésprincipalementdanslesjointsdegrain.OnaobservéseulementunepetitequantitédeM2C,finetaciculaire.Lescarburesdelazoneaffectéeparlachaleurducordonrevenuontvieilliplusrapidementqueceuxdelazoneaffectéeparlachaleurducordonbalancéconventionnel,résultantdelamicrostructuremartensitiqueinitialedupremiercas.Untravailprécédentamontréquelaténacitédelazoneaffectéeparlachaleurducordonrevenudiminuaitaprès1000heuresà538°C.Ceciétaitcorréléaugrossissementetàl’agglomérationdescarburesauxjointsdegrain.CanadianMetallurgicalQuarterly,Vol40,No1pp105-126,2001©CanadianInstituteofMining,MetallurgyandPetroleumPublishedbyCanadianInstituteofMining,MetallurgyandPetroleumPrintedinCanada.AllrightsreservedB.E.PEDDLEandC.A.PICKLESINTRODUCTIONWeldingof2.25Cr-1MoSteelInthethermalpowergeneratingindustry,2.25Cr-1Mosteelisoftenusedwhereresistancetocreep,oxidationandhydrogenattackisrequired[1,2].Typicalapplicationsincludesteamchests,headers,pipingandvariousothercomponentswhichoperateattemperaturesbetween371°Cand540°C[3,4].Thecreepstrengthisdeterminedpri-marilybytheformationofadispersionoffinecarbidespar-ticularlycoherentM2C.However,M2Cisnotstableandwillcoarsenovertimeatgrainboundaries[5].Consequently,thecreepresistancedecreaseslimitingtheservicelifeofthepart.Manualfusionwelding,typicallyshieldedmetalarcwelding(SMAW),isoftenemployedtomakemodifica-tionsandrepairstodamagedcomponents.Weldingsubjectsthebasemetaltointensethermalcyclingresultinginasig-nificantlyaltered,inhomogeneousmicrostructureadjacenttothewelddeposit.Thisregionisknownastheheataffect-edzone(HAZ)anditcanbedividedintoseveralsubzonesaccordingtothemicrostructuredevelopedasaconse-quenceoftheweldthermalhistory.Thesezonesareasfol-lows:thecoursegrainheataffectedzone(CGHAZ),thefinegrainheataffectedzone(FGHAZ),theintercriticalheataffectedzone(ICHAZ)andthesub-criticalheataffect-edzone(SCHAZ).Thepeaktemperaturesarehighernearthefusionlineanddecreaserapidlytowardsthebasemetalsothatthemicrostructuredevelopedwithineachzoneisadirectresultofthethermalhistoryofthatlocation.WithintheHAZ,thecarbidealloycontent,sizeandspeciesdistri-butionswillalsobedrasticallyaltered.Thiscouldadverse-lyaffectthetoughnessandcreepbehav