P92鋼焊接工藝性能試驗研究

彭志輝

摘 要：作為超超臨界和超臨界機組主蒸汽管道用材料，P92鋼具有較好的耐高溫和蠕變性能。但就目前的情況看，P92鋼在焊接工藝方面存在冷裂紋、熱影響區軟化和焊接接頭脆化等現象，影響了它的應用。因此，對P92鋼焊接工藝性能試驗問題進行了研究，分別對P92鋼焊接工藝進行了焊接裂紋試驗、熱影響區最高硬度試驗、再熱裂紋試驗和焊接接頭力學性能試驗，從而更好地了解P92鋼的焊接工藝和性能。

關鍵詞：P92鋼；焊接工藝；性能試驗；冷裂紋

中圖分類號：TG457.11 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.107

在T/P91的基礎上，P92鋼得到了開發。在化學成分方面，P92鋼的鉬元素含量得以降低，而鎢、硼元素的含量得到了增加。相比于其他鉻鉬耐熱鋼，P92鋼具有更好的耐高溫能力，且具有較好的蠕變性能。在相同的工作溫度、壓力和壽命等條件下，使用P92鋼能減輕鍋爐系統的質量、提高管道結構的設計溫度，且系統具有較高的熱效率。但在焊接工藝性能方面，P92鋼的應用仍存在一定的問題，需要得到進一步驗證。

1 P92鋼焊接工藝性能問題分析

1.1 冷裂紋問題

就實際情況看，P92鋼中含有的C、S、P的數量較少，且這些元素的純凈度也較高，因此，P92鋼有較好的耐高溫性能。但P92鋼中的合金含量占到了總量的10%以上，屬于高合金鋼類型。因此，P92鋼本身具有一定的冷裂紋傾向，進而在焊接過程中可能出現冷裂紋。

1.2 熱影響區軟化問題

在焊接P92鋼時，在一定的溫度條件下，P92鋼的熱影響區的不完全正火區金屬會發生部分奧氏體化，但這一溫度條件下的金屬沉淀強化無法得到完全溶解，進而在后續熱處理過程中，未溶解的沉淀會粗化，導致該區域的材料強度降低，并形成相應的軟化區。在情況持續惡化的情況下，軟化區會出現裂紋，進而降低P92鋼的蠕變強度。就目前的情況看，焊接規范、預熱和焊后的熱處理等內容都會影響焊接熱影響區的軟化程度。

1.3 焊接接頭脆化問題

在焊縫熔池金屬流動性差和焊縫溫度過低的情況下，焊縫金屬會出現不均勻的問題，并引發偏析現象。如果焊縫熔池溫度過高，則又造成焊接接頭過熱區晶粒變大，進而引起脆化。在熱區溫度超過1 100 ℃的情況下，焊接接頭晶粒長度增長較快，進而發生脆化。此外，P92鋼本身具有含量較高的合金成分，因此，其遇到冷空氣時易脆化。

2 P92鋼焊接工藝性能試驗研究

2.1 焊接裂紋試驗研究

在進行焊接裂紋試驗研究時，可采用國產P92鋼為試驗材料，并將6副試板分別在不預熱、50 ℃、100 ℃、120 ℃、150 ℃和200 ℃的預熱條件下焊接。而在得出產生裂紋和不產生裂紋的預熱溫度后，需要取兩個溫度的中間值試驗，以獲得精確的預熱溫度。在試板焊接48 h后進行PT檢測可發現，在預熱溫度≤120 ℃的情況下，試板的裂紋率為100%；預熱溫度>150 ℃的情況下，試板表面未出現缺陷。此外，因需要防止在焊接過程中出現硬脆馬氏體組織，P92鋼焊接工藝的預熱溫度不宜高于250 ℃。

2.2 熱影響區最高硬度試驗研究

進行P92焊接熱影響區的最高硬度試驗可有效評判鋼材淬穎和冷裂傾向。在試驗中，需要使兩副試板分別在室溫和預熱溫度200 ℃下焊接。其中，室溫焊接的試板寬度為75 mm，200 ℃下焊接的試件板寬度為150 mm。對不預熱試件熱影響區硬度分布情況進行觀測可發現，不預熱的試件熱影響區硬度比母材硬度高。此外，預熱試件熱影響區的硬度要明顯低于未預熱試件熱影響區的硬度，最高差值可達20HV10左右。

2.3 再熱裂紋試驗研究

P92鋼焊接接頭的過熱區具有不同程度的再熱裂紋敏感性，想要消除應力，就要進行相應的試驗研究。在試驗中，可采用斜Y形坡口焊接裂紋試驗方法試驗。具體而言，在焊接試件通過PT檢測后對經焊熱處理的試件進行取樣，在此基礎上，從每個試件上取5個有效的截面進行再熱裂紋試樣形貌的宏、微觀檢查，如下圖1所示。從試驗結果看，當預熱溫度在710～790 ℃之間時，P92鋼不會出現再熱裂紋。

圖1 再熱裂紋試樣形貌

2.4 焊接接頭力學性能試驗研究

在對焊接接頭的力學性能進行試驗研究時，可采取坡口形式的P92鋼材。在試驗過程中，需對試板的彎曲強度、常溫拉力和沖擊強度進行檢驗。試驗發現，試板的彎心直徑為48 mm，彎曲角度為180°。同時，常溫試驗中的試樣完好，抗拉強度在645～675 MPa之間。此外，試板的沖擊強度也能滿足相關要求。因此，從試驗結果看，在常溫條件下，P92鋼的力學性能可滿足產品制造的要求。

3 結束語

綜上所述，從P92鋼焊接工藝性能的多個試驗結果可看出，想要防止焊接過程中出現冷裂紋，就需要在焊接前進行200 ℃的工件預熱處理。同時，對于焊接接頭過熱區的再熱裂紋敏感性問題，需要在710～790 ℃的溫度條件下進行P92鋼的熱處理，以免出現再熱裂紋傾向?？偠灾?，利用實際生產中的焊接工藝焊接P92鋼，焊接接頭的力學性能可滿足相應的生產要求。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕