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P92鋼以其良好的高溫熱強性和抗氧化性能，在超超臨界發(fā)電機組的高溫、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:TG457.11文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0045-01

1 P92鋼焊接試驗

P92鋼是對P91鋼以及12CrlMoV鋼繼續(xù)進行研究下提出的新一代熱強鋼，其主要特點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，進行了P92鋼焊接性能試驗。

P92鋼在焊接時氬弧打底及焊條填充第1層焊道時，應(yīng)在管子內(nèi)壁充氬氣保護，充氬保護范圍以坡口中心為準，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，采用角向磨光機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，擺動幅度最寬不得超過焊條直徑的4倍。焊后冷卻到80～100℃時應(yīng)及時進行焊后熱處理(焊接及焊后熱處理工藝曲線圖1)。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 硬度試驗

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

P92鋼焊接接頭不用區(qū)域沖擊試驗結(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，但仍符合標準要求，表明P92鋼焊接接頭韌性良好。

2.3 拉伸試驗

焊接接頭的拉伸試驗結(jié)果見表3，兩個拉伸試樣全部斷裂于母材，說明接頭的強度高于母材，且兩個試樣的抗拉強度值均高于規(guī)定的620MPa最小值，焊接接頭強度滿足標準要求。

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，以達到細化晶粒的目的。

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。