新型耐热钢的焊接与热处理

P92钢是在P91钢基础上添加1.8％左右的W元素并降低Mo元素及添加微量B元素等开发出来的新型9％Cr马氏体耐热钢，焊接性能与P91钢有相似之处。作为高温部件，持久强度是其最为重要的性能，特别是P92钢作为一种铁素体/马氏体类耐热钢，长期运行中的IV型裂纹会导致接头强度显著低于母材。另一方面，焊态下马氏体钢的焊缝金属硬电气柜度高、韧性低，需要合理的热处理来降低硬度，获得足够的韧性，避免运行和检修中的开裂。 　　在参数为600℃的超超临界机组中长期运行时，P91钢焊缝的脆化严重，而P92钢由于W的加入促进Laves相的析出，脆化倾向增大，因此，为了超超临界机组运行和检修过程中的安全，保证足够的焊缝冲击功储备是必须的。若片面追求高的冲击功，如提高焊后热处理温度(PWHT)，有可能使接头的持久强度降低，因此，需要选择合理的工艺，在焊接接头强度和韧性之间寻找一个平衡点。 　　为了对几种焊材进行对比同时熟悉其焊接工艺，选择ALCromocord92(AirLiquideWelding／Oerlikon)、ThermanitMTS616禹城(Bi3hlerThyssenWelding)、Chromet92(MetrodeProductsLimited)3种成熟的P92钢手工电焊条进行了熔敷金属试验，初步对P92钢的手工电弧焊条进行了评价。 　　3种焊接材料只要工艺合适均可以获得满意的焊缝金属，但由于在设计理念和成分上的微妙差异，使得其工艺性能各有特点。MTS616采取合金元素的钢芯过渡方式，而其余2种采用合金元素的药皮过渡方式，由于药皮中的W颗粒熔点高达3410℃，如果焊接线能量过小，有可能出现金属W夹杂的现象。因此，2种类型的焊条的工艺应有所区别，对于后一类焊条，不能仅片面强调小的线能量来提高焊缝冲击功。而P91钢焊缝中出现类似原因的金属夹杂的情况较少，因为Mo的熔点比w低了近800℃。 　　焊缝金属的化学成分的差别使其下临界转变温度也各不相同，Chromet92、MTS616、ALCromocord92熔敷金属的相变温度经过热膨胀法测量分别为786.5℃，802.0℃，799.0℃，相变温度的差异对焊缝金属回火稳定性产生较大的影响。由于焊材生产中化学成分的波动，特别是Mn，Ni含量变化会对焊缝的相变温度产生较大的影响，比较理想的情况是根据每一批次焊材的相变温度点或者Mn，Ni含量来确定合理的焊后热处理温度。 　　为了保证焊缝在长期运行后有一定的韧性，焊缝就必须有足够的韧性储备(如41J)。现场不允许对厚壁管道的焊缝取样进行冲击功测试，在焊接材料和焊接工艺确定后，冲击功取决于焊后热处理温度和时间，焊缝硬度一定程度上能反映焊后热处理是否充分。按照国内现有焊接质量验收规程，对合金含量大于10wt％的钢种，PWHT后焊缝的硬度合格要求是小于350HB同时不超过母材的硬度加100HB，对于P92钢和P91钢而言，母材的典型硬度值一般为190～230HB，因此，按照该规程焊缝硬度达到290～330HB是合格的。然而通过试验发现，对P92钢的焊缝，尽管其冲击功还受到焊材成分波动和焊工的操作手法的影响，但硬度超过250～260HB时，冲击功一般满足不了41J的最低要求。 　　为了使硬度检验真正起到能正确反曲靖映热处理效果的作用，技术人员提出了焊发电站缝硬度不超过250HB的标准，同时对硬度提出180HB下限的要求(包括母材)。为此，制订了3个企业标准来规范P91，P92的焊接和热处理。严格执行该热处理工艺导则的接头硬度均能控制在230～250HB。