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T91/P91钢的焊接性及其焊接工艺
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2008-05-07 16:38:46  中国焊接之家    
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    摘要】  介绍了T9lP91钢的研发过程,分析了该钢焊接性主要问题,探讨了该钢焊接工艺要点及其应用。结果表明,T9lP91新型钢种以其一系列优良的使用性能,在高参数火力发电机组高温管道上获得了广泛的应用。该钢焊接性的主要问题是冷裂纹敏感性较强,以及一定的热裂纹倾向,同时也不可忽视接头性能的弱化(焊缝区韧性恶化和热影响区的软化);合理的焊接工艺是控制和改善该钢焊接性的重要技术手段。焊接方法和焊接材料确定以后,获得优质接头的关键工艺措施是:焊前预热、控制层温,以及“及时有效”的焊后热处理等工艺。不同的接头组合类型(同种钢或异种钢),不同规格尺寸的T91P91钢管焊接,其匹配的焊接工艺各具特色;采用专用药芯焊丝填充TIG打底新工艺,将该钢种的焊接工艺推向一个新的发展阶段。

    一、概述

    T91P91钢以其良好的高温持久强度、热稳定性和高温抗蠕变能力等综合性能,在电站锅炉的过热器、再热器及主蒸汽管道上获得越来越广的应用。虽然说T91P91钢在我国使用和研究已有十多年的历史,一些单位在掌握该钢焊接工艺方面积累了一些经验,并且由国家电力公司电源建设部下发了《T91P9l钢焊接工艺导则》指导性文件,但在施工现场施焊时,该钢的焊接质量问题仍时有发生。这表明,一方面是对该钢焊接性的理解不够深人;另一方面对配套焊接工艺关键技术的控制尚不到位。换言之,对引进钢种及其焊接工艺的消化、吸收以及国产化工作仍须继续进行。关于T91P91钢焊接的研究文献逐年增多,电厂机组成功应用的范例无一不与其采用的焊接工艺密切相关。

    由于接头的组合类型、管子的规格尺寸(直径和壁厚)不同,焊接所匹配的工艺各异,因而继续开展T9lP91钢焊接性及其配套工艺的研究,对探寻工艺控制接头性能机理,以及创新工艺核心技术很有必要。为此,本文特意将典型焊接工艺与该钢焊接性问题相联系,综合评述该钢焊接工艺的特点及其应用。该项工作对推动T91P91钢焊接工艺的进一步完善,提高锅炉使用寿命,具有积极的意义和参考价值。

    二、T91P91钢简介

    随着电力工业的迅速发展,高参数、大容量机组不断涌现,对钢管材料的高温蠕变性能和抗应力腐蚀等性:能提出更高要求。为此,世界主要的工业发达国家进行了大量研究,先后开发出系列新型铁索体型耐热钢,并成功地用于大容量火力发电机组,其中高CT9Cr1 MoVNbN耐热钢即为T91P91钢。

    20世纪70年代美国在试验室改进原有的9Cr1 Mo钢,80年代初确定改良型钢为T91P91钢,接着1983T91P91钢获美国ASME认可。80年代末德国从F12钢转向使用T9lP91钢,90年代初日本大力推广T91P91钢。目前世界主要生产锅炉管和大直径厚罐管的钢厂,均已完成了T91P91钢工业化生产研究,其中日本、德国、法国等国家的铡厂已向全世界供应T91P9l钢管。我国于1987年引进该钢种并在电厂应用。该钢的国产化工作已由冶金部部署实施。

    T91P91钢被高参数火力发电机组广泛应用,是因为该钢种的使用性能具有以下优点:①与不锈钢相比,该钢具有低的热膨胀系数和良好的导热性。②该铡具有较高的室温抗拉强度,δb最高达770MPa,而且塑性也较好。③该钢的冲击韧度和材料脆性转变温度明显优于同类X20EMl2钢。④该钢具有更高的高温持久强度和许用应力,在550高温经过105h运行后的高温持久强度是T22钢的2倍,在540610内的许用应力明显高于T22TP304HX20钢。⑤该钢具有良好的整管弯曲加工性能。⑥该钢的高温疲劳性能优于T22TP304H钢,高温抗氧化性能也远高于T22钢。
     

    三、T91P91钢的焊接性

    T91P91钢是在9Cr1 Mo钢的基础上,采用纯净化、细晶化冶金技术,以及微合金化和控轧、控冷等工艺,开发出的新一代中合金耐热钢。从化学成分上看(见表1)T91P91钢中CSP含量降低了,并用VNbN元素微合金化;从力学性能上看(见表2)T91P91钢的强度和韧性改善了。这是由于该钢的强化机理与老钢种有原则的不同,即除了固溶和沉淀强化外,还通过微合金化、控轧、形变热处理及控冷获得高密度位错和高度细化晶粒的结果。该钢的供货状态为正火+回火(730760),显微组织是回火马氏体。

     

     

    T9钢相比,T9lP9I钢由于降低了碳和杂质元素的含量,焊接裂纹的敏感性明显减弱,防止裂纹产生的预热温度随之而降。应该说,该钢的焊接性有所改善。但是这并不意味着在所有的情况下都能获得满意的接头性能。研究表明,该钢焊接性的主要问题如下:

    (1)焊接裂纹敏感性。钢中合金元素种类多,总含量达10%左右,具有相当高的空淬特性,由于HAZ淬硬倾向大,冷裂纹敏感性仍较大;同时钢中含有CNb等促进热裂的元素,因此该钢还有一定的热裂倾向,其敏感性介于SA213T9钢和SA213TP304H钢之间。

    (2)HAZ塑性降低。由于受焊接热循环的影响,HAZ晶粒长大倾向较大,使该区的塑性降低。

    (3) HAZ的软化。由于受焊接热循环的影响,HAZ出现软化层,恶化了该区的力学性能。

    (4)焊缝金属韧性的恶化。由于焊缝金属未曾经受控轧和形变热处理过程,晶粒不可能由此被细化;同时焊缝中的NbV元素在冷却凝固过程中难以呈微细的CN化合物析出,因此焊缝的韧性比母材低许多。

    (5)有研究显示,在一些情况下,该钢还有一定的应力腐蚀裂纹敏感性。

    总体上看,该钢焊接性的主要问题是冷裂纹敏感性较强,以及一定的热裂纹倾向,同时也不可忽视接头性能的弱化(焊缝区韧性恶化和热影响区的软化)。合理的焊接工艺是控制和改善该钢焊接性的重要技术手段


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