SA213T92、T23異種鋼小徑管焊接接頭金相組織分析

摘 要：SA213T92和T23都是新型的耐熱鋼，兩種鋼材的異種鋼焊接的工藝評定是完全必要的，本文通過小徑管焊接接頭的金相組織分析為焊接工藝評定提供了可靠的依據。

關鍵詞：T92；T23；異種鋼焊接；金相組織

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.028

1 前言

T92是日本在T91基礎上，對成分做了進一步完善改進，適當降低Mo含量至0.30-0.60%、加入1.50-2.00%的W形成的新型鐵素體耐熱合金鋼。T92具有比奧氏體鋼更為優良的熱膨脹系數和導熱系數，其具有極好的持久強度、高的許用應力、良好的韌性和可焊性。T92鋼管性能優良，使用溫度可達650℃。可部分替代TP304H和TP347H奧氏體不銹鋼管制造金屬壁溫不超過650℃的亞臨界、超臨界乃至超超臨界的電站鍋爐的高溫過熱器和再熱器管等受壓部件，該鋼作為將來、現有鍋爐的最高溫度區以及超臨界壓力鍋爐管子用鋼，將能得到廣泛應用。T92鋼管的正常熱處理工藝為正火+回火，正火溫度1040℃-1080℃，回火溫度760℃-790℃，正常供貨態金相組織為回火馬氏體。T23鋼是日本在我國鋼102（12Cr2MoWVTiB）的基礎上將碳的含量降至0.04-0.10%以改進材料的焊接性能，Mo含量降至0.05一0.30%，W量升至1.45 一1.75%從而形成的低碳低合金貝氏體耐熱鋼，SA213T23鋼管綜合性能良好，最高使用溫度為600℃，可用于制造大型亞臨界電站鍋爐金屬壁溫不超過600℃的過熱器和再熱器，或用作超超臨界鍋爐的水冷壁材料，目前SA213T23鋼在我國鍋爐制造中得以應用，并具有相當好的應用前景。T23正常成品鋼管的熱處理工藝也為正火+回火，正火溫度為1000℃±10℃，回火溫度為760℃±15℃，其正常供貨態金相組織為回火貝氏體，允許存在回火索氏體或回火馬氏體。目前兩種材料都已納入ASTM A213標準（表1）。

2 金相檢驗背景

SA213T92和T23作為新型的鐵素體耐熱型鋼，都可作為大型亞臨界電站鍋爐金屬壁溫不超過600℃的過熱器和再熱器的材料，因此兩種材料的異種鋼焊接的可行性研究是完全必要的；我公司焊接專業對這兩種材料的過熱器小徑管作了焊接工藝評定，委托我檢測中心對焊接接頭進行了金相組織分析。

管子規格為Φ50.8×4.5 ，坡口形式V型，焊接方法：手工鎢極氬弧焊 。

3 金相檢驗過程

（1）試樣的鑲嵌：委托的金相試樣檢驗面為焊縫的橫剖面，由于試樣較小，因此采用冷凝鑲嵌法將試樣鑲嵌至PVC管中以方便磨制。鑲嵌所用的材料除了有PVC管外還有自凝式義齒基托樹脂和自凝式義齒基托樹脂液劑。將二者以一定比例混合后，將稠狀液體倒入裝有試樣（檢驗面朝下）的PVC管中，過一段時間后，義齒基托樹脂自然凝固，試樣鑲嵌完畢。

（2）試樣的磨制：將試樣分別用100#、240#、400#水磨砂紙磨好后，換2#、4#、6#金相砂紙依次磨制。每換一次砂紙試樣都應轉90度，使新磨痕與舊磨痕成垂直方向，每張砂紙研磨的時間不宜過長，當舊磨痕完全消失，新磨痕均勻時即可更換砂紙。

（3）試樣的拋光：采用機械拋光的方法。拋光織物為細帆布，拋光磨料為5μm的金剛石拋光液。拋光時試樣的磨痕與拋光盤的轉動方向垂直，拋光過程中，對試樣要均勻施加壓力，但用力要輕。拋光時應適當增加拋光液，同時噴一些自來水，保持拋光織物的濕潤。當檢驗面均勻平坦，光滑如鏡時即可結束拋光。

（4）試樣的侵蝕：該試樣是異種鋼焊接接頭，且兩種材料的合金成分相差較大，因此選取了兩種侵蝕液。先選用4%硝酸酒精溶液對低合金側進行侵蝕，（對焊縫和高合金側無侵蝕）。侵蝕完后，用酒精清潔，電吹風吹干，放置顯微鏡下觀察照相。再選用三氯化鐵鹽酸水溶液（50ml鹽酸、100ml水、5g三氯化鐵）對高合金側和焊縫進行侵蝕（此時，雖然也對低合金側 產生侵蝕，但低合金側已經檢驗完畢）。侵蝕完后，用酒精清潔，電吹風吹干，放置顯微鏡下觀察照相。

侵蝕方法：采用脫脂棉蘸侵蝕液對試樣檢驗面進行輕輕擦拭；

侵蝕時間：三氯化鐵鹽酸水溶液侵蝕液的侵蝕時間大約在15S左右，低合金側硝酸酒精溶液的侵蝕時間大約為12S左右。

4 金相檢驗結果

（1）焊縫熔化良好，焊縫和熱影響區未發現裂紋、未熔合等缺陷。由于管壁較薄，因此熱影響區包括的熔合區、過熱區、正火區和不完全重結晶區四個區域也很窄，在金相顯微鏡下很難將各區區分開來。

（2）金相組織分析

1）焊縫組織為回火馬氏體，組織均勻，板條明顯，晶粒比T92母材稍粗（見圖1）。

2）T92側熱影響區組織為回火馬氏體，組織均勻，板條明顯，晶粒粗細與T92母材相近。（焊縫和母材熔合非常好，熔合區無異常組織，熔合區金相相片見圖②，其中下為焊縫，組織較粗；上為熱影響區）。

3） T92母材組織回火馬氏體，板條明顯。（見圖3）

4）T23側熱影響區：組織為回火貝氏體和少量回火索氏體。（熔合區金相相片見圖4。焊縫和母材熔合良好，熔合區近焊縫側有少許增碳層，在T23側有少許脫碳層，上為未侵蝕的焊縫。）

5）T23側母材金相組織為回火貝氏體和少量回火索氏體。（見圖5）

5 結論

經金相組織檢驗，焊縫和熱影響區組織符合DL/T 868-2014《焊接工藝評定規程》、DL/T 869-2012《火力發電廠焊接技術規程》、DL/T 438-2009 《火力發電廠金屬技術監督規程》的下述規定：無裂紋、無過燒組織、無淬硬馬氏體組織。金相組織為回火馬氏體或回火索氏體，焊縫和熔合區金相組織中的δ鐵素體含量不超過8%，最嚴重的不超過10%。

綜上所述：從金相組織方面分析，T92和T23的小徑管異種鋼焊接是完全可行的。

參考文獻：

[1]DL/T 884-2004《火電廠金相檢驗與技術評定導則》.

[2] DL/T 868-2014《焊接工藝評定規程》.

[3]DL/T 869-2012 《火力發電廠焊接技術規程》.

[4]DL/T 438-2009《火力發電廠金屬技術監督規程》.

[5]DL/T 752-2010《火力發電廠異種鋼焊接技術規程》.

[6]ASTM A213《 Standard Specification for Seamless Ferritic and Austenitic Alloy-steel Boiler， Superheater，and Heat-Exchanger Tubes》.

作者簡介：牟軍（1974-），男 ， 大專，助工，研究方向：金屬檢測。endprint