摘 要:马氏体高合金耐热钢P92钢以其良好的高温热强性和抗氧化性能,在超超临界发电机组的高温、高压管道上得以广泛应用。P92钢应用过程中的主要问题是焊接冷裂纹及焊缝的韧性低。研究发现通过采取合理的焊接及热处理工艺,并经冲击、拉伸和硬度试验检测其焊接性能,结果表明,P92钢焊接接头可以获得良好的韧性和强度。本文主要介绍了P92钢的焊接工艺,研究了其焊后组织的性能,为P92钢的焊接工艺制定提供依据。

关键词:P92钢焊接工艺裂纹

中图分类号:TG457.11文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)07(b)-0045-01

1 P92钢焊接试验

P92钢是对P91钢以及12CrlMoV钢继续进行研究下提出的新一代热强钢,其主要特点是在钢中添加钨元素,降低了钼等降低钢高温稳定性的元素含量,其具有良好的热传导性和较低的热膨胀系数以及良好的加工性能。但是该钢容易出现焊接接头脆化、焊接裂纹等问题,为确保使用安全性,进行了P92钢焊接性能试验。

P92钢在焊接时氩弧打底及焊条填充第1层焊道时,应在管子内壁充氩气保护,充氩保护范围以坡口中心为准,每侧各200～300mm,用耐高温硬纸板配合耐高温胶布等材料在焊缝附近形成密闭气室。焊接时,采用角向磨光机或钢丝刷清理打底焊道和中间焊道,并且在焊接过程中焊枪略微摆动,摆动幅度最宽不得超过焊条直径的4倍。焊后冷却到80～100℃时应及时进行焊后热处理(焊接及焊后熱处理工艺曲线图1)。

2 试验结果与分析

2.1 硬度试验

将焊接接头表面打磨平、抛光、腐蚀后,测其显微硬度(加载200g,时间为10s),结果见表1。可见,热影响区和母材的硬度值相差不大,焊缝的硬度值最高,数据与P92钢手册相差不多,表明焊后热处理规范是适宜的。

2.2 冲击试验

P92钢焊接接头不用区域冲击试验结果如表2所示,其热影响区的冲击功与母材相比差别不大,呈现出较好的韧性状态。焊缝的冲击功虽然低于热影响区和母材,但仍符合标准要求,表明P92钢焊接接头韧性良好。

2.3 拉伸试验

焊接接头的拉伸试验结果见表3,两个拉伸试样全部断裂于母材,说明接头的强度高于母材,且两个试样的抗拉强度值均高于规定的620MPa最小值,焊接接头强度满足标准要求。

2.4 金相分析

焊接接头的截面磨光后用三氯化铁盐酸水溶液侵蚀,观察其微观金相组织,焊缝及热影响区的金相组织均为回火马氏体。由于焊接接头经历了不同的焊接热循环,导致了焊缝、热影响区及母材的马氏体大小及形态不同。母材组织细小,其韧性较好;热影响区尽管组织粗大,但由于工艺中采取了较低的焊接热输入及多道多层焊,使得粗晶区的宽度较窄,所占比例较少,因此热影响区的韧性没有出现降低的现象;而焊缝金属中存在大量粗大的柱状晶组织,导致焊缝的韧性显著降低,因此可通过调整焊接工艺,降低焊缝金属过冷度,打乱柱状晶生长方向,以达到细化晶粒的目的。

3 结论

(1)在合理的焊接工艺条件下,P92钢焊接接头的抗拉强度高于母材,焊缝金属的硬度高,韧性低。

(2)组织粗大及奥氏体柱状晶是造成焊缝金属韧性显著降低的主要因素,改善焊缝金属的结晶条件能够提高焊缝金属的韧性。