PDF《T92 钢的焊接工艺和组织性能研究》

Welding Technology Vol.

36 No.3 Jun.

2007 收稿日期: 2006- 12-

04 表2 T92钢焊接试验用材料的力学性能 (

20 ℃) 性能 屈服强度 /MPa 抗拉强度 /MPa 伸长率 ( %) 冲击韧度 /( J ・ cm-2 ) 硬度HB 钢材

583 747

46 190

189 焊条

618 745

24 68 ― 在国家 863计划 项目之一的 超超临界燃煤发电技术 项目中,T92钢是超超临界锅炉主蒸汽管道的首选材料.该钢是在原9Cr- 1Mo钢中加入V, Nb, W等合金元素,用V, Nb微合金化并控制B和N含量,具有良好的抗高温氧化和抗蠕变性能,在550 ~650 ℃的许用应力明显高于10CrMo910, TP304, X20CrMoV121 钢.其抗热疲劳性高于奥氏体不锈钢,热导率和膨胀系数远优于奥氏体不锈钢.目前,美、日、德等工业发达国家对T92 等铁素体钢的全面试验研究正在进行,而国内对T92 等铁素体钢系统、全面的试验研究还不多见[1] .自2005年在我国百万kW燃煤发电 锅炉中首次使用,经过1 a多的实验室试验和现场施工考验,现把有关材料的焊接和热处理工艺性能试验研究情况总结如下.

1 T92钢的化学成分和性能特点 T92钢在正火和回火状态下使用, 其Ac1点在800~835 ℃之间, Ac3点在 900~920 ℃之间.随着冷却过程的进行, T92钢 从奥氏体组织完全转化为最高硬度值小于HV450的马氏体组 织.Ms点大约在400 ℃左右, Mf点在100 ℃左右[2] . T92钢是一种高合金铁素体耐热钢, 它是在T91钢的基础 上, 通过超纯净冶炼、控轧技术和微合金化工艺改进的一种细 晶强韧化热强钢.其提高了钢的高温蠕变断裂强度, 并通过控 制较低的碳含量, 保证了材料良好的加工性能. 焊接性能研究采用的焊接试件规格为!44 mm*

9 mm.焊丝选用ASME SFA5.28 ER90S- G92, 焊条采用ASME SFA5.5 E9015- G92.材料的化学成分见表1, 力学性能见表2. T92 钢的焊接工艺和组织性能研究李以善1,2 , 王勇1 , 韩彬1 , 郭怀力2 , 赵昆2 ( 1.石油大学( 华东) , 山东 东营 257061;

2 .山东省特种设备检验研究院, 山东 济南 250013) 摘要: T92钢是国家 863计划 项目之一的超超临界锅炉高温过热器管子材料, 具有良好的抗高温氧化和抗蠕变性能.研究其焊接特 性并制订合理的焊接工艺, 是保证超超临界锅炉机组安全运行的前提.通过试验和施工实践, 总结了T92钢焊接工艺的技术要点及焊接 工艺对组织和性能的影响. 关键词: T92钢;

焊接工艺;

组织和性能 中图分类号: TG457.11 文献标识码: B 文章编号: 1002- 025X( 2007) 03- 0031-

03 成分 C Mn P S Si Cr W Mo V Nb N B Al Ni T92钢管 0.10 0.38 0.011 0.004 0.29 8.93 1.79 0.37 0.21 0.04 0.040

2 0.002

6 0.002 0.15 ER90S- G92 0.12 0.41 0.009 0.006 0.29 9.07 1.73 0.41 0.19 0.05 0.044 0.003 0.001 0.49 E9015- G92 0.11 0.56 0.007 0.01 0.22 9.30 1.72 0.47 0.22 0.04 0.055 0.002

2 0.006 0.61 表1 T92钢焊接试验用材料的化学成分 ( 质量分数) ( %)

2 T92钢的焊接工艺要点 T92钢焊接工艺方法采用TIG/SMAW.采用对接接头, V 形坡口, 钝边0.5~2 mm, 坡口间隙2~3 mm.用角向磨光机等 工具将坡口及其两侧各15~20 mm范围内的水、油、锈等脏物 打磨清除掉, 直至露出金属光泽. 为防止T92钢焊缝根部氧化, 采用TIG打底及SMAW填充第 1层焊缝时, 在管内充氩气保护, 氩气流量为9~15 L/min. 焊前用砂纸去除焊丝表面油、垢及锈等杂物, 直至露出金 属光泽.焊条使用前经350~400 ℃烘干2 h, 然后放在80~100 ℃保温筒内, 随用随取. T92钢焊接要采用小热输入, 多层多道焊.采用多层多道 焊, 后层对前层的热处理作用能细化晶粒.施焊过程中应控制 焊道的宽度一般不超过焊条直径的3倍, 焊层厚度一般控制为 焊条直径大小, 且每层接头要错开. 焊前预热: 焊前用加热片加热坡口两侧各宽200 mm左右 范围, T92钢TIG焊前预热200~300 ℃, SMAW预热及道间温度 控制在250~300 ℃.焊接工艺参数见表3.焊接和焊后热处理 ・工艺与新技术・

31 焊接技术 第36 卷第

3 期2007 年6月T92钢焊接接头裂纹敏感性低于T22钢.现场施工中大量 的无损检测也证明了这一点.采用PME3金相显微镜对焊接接头 的金相组织进行观察, 如图2所示.组织为回火索氏体, 焊缝 区、熔合区和热影响区组织形态比较均匀, 析出物、碳化物 M23C6 ( M=Fe, Cr或Mo) 和MX( M=V或Nb, X=C或N) 型钒/铌碳 氮化物分布也比较均匀. 过热蒸气管主要性能为持久强度, 在设计时主要以持久 强度作为依据, 而蠕变强度作为校核使用.要提高高温下的 蠕变抗力或断裂抗力, 从物理冶金的原理上讲, 只有阻止刃 型位错的攀移, 以及阻止空位的形成与运动, 才能阻止扩散. 限制原子在晶界附近的扩散和定向流动, 可使蠕变速率大为 减小. 焊接材 料选用应注意各种合金元素的匹配和比例关系.应谨慎加入填充金属W, 一方面利用其强化作用, 另一方面还 应限制其对韧性的影响.通过沉淀强化而改善了材料蠕变断 裂强度, Mo和W元素缩小γ 相区, 形成γ 相圈, 有弥散硬化作 用[4] .Ni和Mn含量超过母材规定的上限会显著地提高其韧性, 由于其对Ac1温度的影响, 又必须考虑限制其含量.通过形成 碳氮化物, N和B一样对蠕变断裂强度有重要的影响.氮也能 提高屈服强度和抗拉强度, 但会降低塑性和韧性.Ti和Al可能 导致氮化物的形成.对含有Ni, Co, B的多元组合的填充金属 对冲击和蠕变性能的影响进行的研究表明, 化学元素对蠕变 性能的影响分别是Co的硬化作用及B的有益作用, B对蠕变性 能有很强的影响, 微量B在晶界上阻止铁素体晶核的形成, 从 曲线如图1所示. 焊接完成后焊后热处理时间间隔不超过24 h, 采用连续加 热时应保证冷却到70~100 ℃, 时间不少于1.5 h.焊后热处理 升降温速度控制在150 ℃/h, ( 765± 5) ℃恒温1.5 h.

3 焊接工艺对T92钢焊接性能的影响 T92钢组织为马氏体, 供货状态为正火+回火.其w( 钢合 金) 12.253%, 该钢种焊接时具有较强烈的脆硬倾向和热影响 区消应力处理裂纹倾向, 即有产生冷裂纹和再热裂纹倾向.采 用焊接预热及全过程的电阻加热保证道间温度以防冷裂纹的产 生;

控制焊接热输入, 同时采用多层多道焊以防止焊缝金属韧 性降低.在760~770 ℃温度下回火时, 碳化物能在马氏体组织 中均匀析出, 从而提高了材料的抗蠕变性能.有试验证明, 回 火温度提高到Ac1时引起屈服强度、抗拉强度和硬度的下降, 而韧性有所升高.当回火温度高于Ac1时, 由于新的马氏体的 形成而使抗拉强度升高, 韧性下降.回火温度高于Ac1时, 抗 蠕变性能变差.焊缝熔敷金属化学成分见表4, 热处理后焊接 接头力学性能数据见表5. 焊接 方法 焊接 层次 钨极规格 ........