電廠用P92鋼焊接工藝及其組織性能分析

摘 要:馬氏體高合金耐熱鋼P(yáng)92鋼以其良好的高溫?zé)釓?qiáng)性和抗氧化性能，在超超臨界發(fā)電機(jī)組的高溫、高壓管道上得以廣泛應(yīng)用。P92鋼應(yīng)用過程中的主要問題是焊接冷裂紋及焊縫的韌性低。研究發(fā)現(xiàn)通過采取合理的焊接及熱處理工藝，并經(jīng)沖擊、拉伸和硬度試驗(yàn)檢測其焊接性能，結(jié)果表明，P92鋼焊接接頭可以獲得良好的韌性和強(qiáng)度。本文主要介紹了P92鋼的焊接工藝，研究了其焊后組織的性能，為P92鋼的焊接工藝制定提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞:P92鋼焊接工藝裂紋

中圖分類號(hào):TG457.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)07(b)-0045-01

1 P92鋼焊接試驗(yàn)

P92鋼是對P91鋼以及12CrlMoV鋼繼續(xù)進(jìn)行研究下提出的新一代熱強(qiáng)鋼，其主要特點(diǎn)是在鋼中添加鎢元素，降低了鉬等降低鋼高溫穩(wěn)定性的元素含量，其具有良好的熱傳導(dǎo)性和較低的熱膨脹系數(shù)以及良好的加工性能。但是該鋼容易出現(xiàn)焊接接頭脆化、焊接裂紋等問題，為確保使用安全性，進(jìn)行了P92鋼焊接性能試驗(yàn)。

P92鋼在焊接時(shí)氬弧打底及焊條填充第1層焊道時(shí)，應(yīng)在管子內(nèi)壁充氬氣保護(hù)，充氬保護(hù)范圍以坡口中心為準(zhǔn)，每側(cè)各200～300mm，用耐高溫硬紙板配合耐高溫膠布等材料在焊縫附近形成密閉氣室。焊接時(shí)，采用角向磨光機(jī)或鋼絲刷清理打底焊道和中間焊道，并且在焊接過程中焊槍略微擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度最寬不得超過焊條直徑的4倍。焊后冷卻到80～100℃時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行焊后熱處理(焊接及焊后熱處理工藝曲線圖1)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 硬度試驗(yàn)

將焊接接頭表面打磨平、拋光、腐蝕后，測其顯微硬度(加載200g，時(shí)間為10s)，結(jié)果見表1。可見，熱影響區(qū)和母材的硬度值相差不大，焊縫的硬度值最高，數(shù)據(jù)與P92鋼手冊相差不多，表明焊后熱處理規(guī)范是適宜的。

2.2 沖擊試驗(yàn)

P92鋼焊接接頭不用區(qū)域沖擊試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，其熱影響區(qū)的沖擊功與母材相比差別不大，呈現(xiàn)出較好的韌性狀態(tài)。焊縫的沖擊功雖然低于熱影響區(qū)和母材，但仍符合標(biāo)準(zhǔn)要求，表明P92鋼焊接接頭韌性良好。

2.3 拉伸試驗(yàn)

焊接接頭的拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表3，兩個(gè)拉伸試樣全部斷裂于母材，說明接頭的強(qiáng)度高于母材，且兩個(gè)試樣的抗拉強(qiáng)度值均高于規(guī)定的620MPa最小值，焊接接頭強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 金相分析

焊接接頭的截面磨光后用三氯化鐵鹽酸水溶液侵蝕，觀察其微觀金相組織，焊縫及熱影響區(qū)的金相組織均為回火馬氏體。由于焊接接頭經(jīng)歷了不同的焊接熱循環(huán)，導(dǎo)致了焊縫、熱影響區(qū)及母材的馬氏體大小及形態(tài)不同。母材組織細(xì)小，其韌性較好;熱影響區(qū)盡管組織粗大，但由于工藝中采取了較低的焊接熱輸入及多道多層焊，使得粗晶區(qū)的寬度較窄，所占比例較少，因此熱影響區(qū)的韌性沒有出現(xiàn)降低的現(xiàn)象;而焊縫金屬中存在大量粗大的柱狀晶組織，導(dǎo)致焊縫的韌性顯著降低，因此可通過調(diào)整焊接工藝，降低焊縫金屬過冷度，打亂柱狀晶生長方向，以達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。

3 結(jié)論

(1)在合理的焊接工藝條件下，P92鋼焊接接頭的抗拉強(qiáng)度高于母材，焊縫金屬的硬度高，韌性低。

(2)組織粗大及奧氏體柱狀晶是造成焊縫金屬韌性顯著降低的主要因素，改善焊縫金屬的結(jié)晶條件能夠提高焊縫金屬的韌性。