新型铁素体耐热钢焊接工艺要领.doc

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关于“新型铁素体耐热钢焊接工艺要领”的发言稿
上海电力建设有限责任公司吴宣武

前言
1.1为了发展高参数火力发电机组，自上世纪70年代后期以来，美国、日本、欧洲等先后开发了一系列新型铁素体和奥氏体耐热钢，并成功地用于超临界、超超临界火力发电机组。它们是：——
奥氏体耐热钢：ASME-SA213TP347HFG
ASMEcodecase2328SUPER304H
ASMEcodecase2115-1HR3C
铁素体耐热钢：ASME-SA213T91
ASME-SA335P91
ASME-SA213T92
ASME-A335P92
ASMEcodecase2180T122
ASMEcodecase2180P122
ASMEcodecase2199T23
ASMEcodecase2199P23
ASMEA213草案T24
本文仅对上述新型铁素体耐热钢的焊接要领进行论述。
1.2T/P91钢是美国在T/P9钢的基础上于80年代初开发成功的。P91钢的问世是冶金技术进步的产物——可焊细晶强韧化马氏体耐热钢。
超纯净冶炼技术，如铁水予处理，碱氧炉炼钢、钢包精炼、真空精炼等。
目前已能够达到的纯净化水平如下：
P≤20PPM，S≤5PPM，N≤20PPM，0≤10PPM，H≤1.0PPM,
模铸→连铸
控制轧制及微合金化，达到细化晶粒的目的
钢的强化方法及其对韧性的影响
降低热轧温度，增加形变速度，限制形变奥氏再结晶后的晶粒长大，Nb、V等微量合金元素对细化晶粒的作用。
1.3T/P92钢是日本顺着美国开发出T/P91钢的思路，于上世纪80年代后期开发出来的高温强度更高的9%Cr马氏体耐热钢（日本钢号NF616）。T/P92钢与T/P91钢在成
份上的主要差别是增加了约1.7%的W，并将T/P91钢约1%的Mo含量降为约0.5%。在焊接方面，除各有相应的焊接材料，并由于W是δ铁素体形成元素，焊缝冲击韧性有所降低外，其余对予热、层间温度、焊接线能量，待马氏体转变完成随即进行焊后热处理以及热处理温度、恒温时间的要求都是完全相近的。
1.4T/P122钢是日本在德国X20CrMoV121钢的基础上开发成功的12%Cr马氏体耐热钢（日本钢号HCM12A），其高温强度比X20CrMoV121提高，焊接冷裂缝倾向显著降低。与X20CrMoV121相比，其化学成分特点是：含C量从0.20%降至0.10%左右，同时加入约2%W,约1%Cu和少量的Nb。该钢Cr高C低，并且含2%W，在T122小管中，由于Cr含量偏上限，可能含有少量铁素体。T/P122钢焊接工艺要求与T/P91钢相仿，但应特别关注如何确保焊缝冲击韧性符合要求。
1．5T/P23钢是日本在T/P22钢的基础上，吸收了102钢的优点开发成功的（日本钢号HCM2S）。该钢高温强度高于T/P22，焊接性能优于102钢。
2.焊接T/P91、T/P92、T/P122钢的难点及解决途径
2.1焊接冷裂纹
由于它们的C、S、P等元素含量低、纯净度高，其焊态低C马氏体仍具有一定的塑性，焊接冷裂纹倾向大为降低，如图1、2、3所示，Y一型坡口拘束试验的结果表明，T/P91、T/P92、T/P122钢防止冷裂纹所需的最低予热温度均低于P22钢。但是，它们终久还是有一定的焊接冷裂纹倾向的，焊接时必须相应地采取一些必预防措施，如需要一定的予热及层间温度等，根据国内外有关研究单位的试验结果及制造安装单位的实践经验，预热及层间温度宜控制在200~300℃范围内，钨极氩弧打底时可适当降低至150~200℃。

图1P23、P91、P22钢焊接接头斜Y型坡口试验裂纹率与预热温度间的关系

图2P92(NF616)钢焊接接头斜Y型坡口试验裂纹率与预热温度间的关系

图3P122(HCM12A)、P91钢焊接接头斜Y型坡口试验裂缝率与预热温度间的关系

2．2焊缝韧性
与母材不同，焊缝金属在其熔敷成型及冷却过程中，不可能取得控制轧制和形变热处理的机会，其中的Nb和V元素也不具备形成碳（氮）化合物以极细微颗粒弥散析出以促使焊缝晶粒细化的条件，大部分仍固溶在焊缝金属中，通过固溶强化反而降低焊缝韧性。因此，对于T/P91、T/P92、T/ P122钢，焊缝金属的冲击韧性总是低于母材的。从韧性角度看，焊缝是整个焊接接头的薄弱部位。
2.2.1焊接方法的影响
常用的几种焊接方法，GMAW焊缝，由于比较纯净，含氧量低，冲击韧性较高，SAW及SMAW焊缝则较低，远低于母材的韧性。表1是河南火电公司用窄间隙脉冲热丝TIG焊接φ323.9×32P91钢管所获得的接头性能，表2是德国Thyssen公司提供的采用ThermanitMTS616电焊条焊接P92钢管，焊缝