放寬12Cr1MoV強(qiáng)制焊后熱處理的最小厚度

銀潤(rùn)邦， 張濤， 王學(xué)， 張永光

(1.東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司，四川 德陽(yáng) 643001；2.武漢大學(xué)，武漢 430072)

0 前言

12Cr1MoV鋼為珠光體(或珠光體+貝氏體)耐熱鋼，有著良好的綜合性能，在國(guó)內(nèi)鍋爐產(chǎn)品制造中大量使用，尤其在鍋爐過(guò)熱器、再熱器等部件中使用廣泛。為了改善該焊接接頭的性能和消除接頭殘余應(yīng)力，通常在焊后要進(jìn)行熱處理。根據(jù)JB/T 1613及GB/T 16507的規(guī)定，12Cr1MoV鋼的承壓件焊接時(shí)，當(dāng)公稱壁厚大于6 mm時(shí)要進(jìn)行焊后熱處理，因此，鍋爐制造企業(yè)制定熱處理工藝時(shí)一般以6 mm為界，超過(guò)6 mm壁厚的12Cr1MoV接頭全部進(jìn)行焊后熱處理，而鍋爐產(chǎn)品中存在大量的6～8 mm的12Cr1MoV部件，熱處理不僅成本高，周期長(zhǎng)，而且天然氣或電能消耗量大，不利于節(jié)能減排。參考電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其強(qiáng)制熱處理的臨界壁厚為8 mm，如《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》(DL/T 869)中規(guī)定：12Cr1MoV的管子當(dāng)壁厚不大于8mm、直徑不大于108 mm，采用氬弧焊或低氫型焊條，焊前預(yù)熱和焊后適當(dāng)緩慢冷卻的焊接接頭可以不進(jìn)行焊后熱處理。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是基于現(xiàn)場(chǎng)施工條件制定的，那么鍋爐制造企業(yè)能否將12Cr1MoV的熱處理臨界壁厚放大到8 mm呢，這樣既能降低制造成本和生產(chǎn)周期，也能有效節(jié)約能源。因此對(duì)8 mm厚度的12Cr1MoV鋼在制造企業(yè)免做焊后熱處理的研究十分必要，也十分有價(jià)值。

12Cr1MoV焊后熱處理具有改善力學(xué)性能、消除殘余應(yīng)力和改善焊縫及熔合區(qū)顯微組織和作用[1]。為了研究8 mm及以下厚度的12Cr1MoV免做熱處理的可行性，需要從接頭性能、顯微組織殘余應(yīng)力入手進(jìn)行試驗(yàn)分析。但該研究存在一定的難度，難點(diǎn)主要在于其可行性評(píng)價(jià)，對(duì)于力學(xué)性能的評(píng)價(jià)相對(duì)容易，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定，但對(duì)于顯微組織上的差別和殘余應(yīng)力，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在評(píng)價(jià)其可行性和適應(yīng)性時(shí)就存在較大的難度。為此，研究設(shè)定了參考對(duì)象進(jìn)行對(duì)比研究來(lái)予以評(píng)價(jià)，即將6 mm不熱處理的接頭作為參考對(duì)象，8 mm接頭組織和殘余應(yīng)力與之相比較進(jìn)行評(píng)價(jià)。選擇6 mm的不熱處理的接頭作為參考對(duì)象的原因如下：① 6 mm壁厚免做熱處理是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；② 6 mm不熱處理接頭在國(guó)內(nèi)鍋爐行業(yè)中有超過(guò)25年以上的應(yīng)用業(yè)績(jī)，實(shí)踐證明可行可靠。

根據(jù)DL/T 869規(guī)定，要取消≤8 mm厚度的12Cr1MoV焊接接頭的熱處理，需要增加焊前預(yù)熱、焊后緩冷的工藝，在制造企業(yè)的生產(chǎn)條件下，焊前預(yù)熱和焊后緩冷的措施是否有必要。電站進(jìn)行鍋爐部件安裝時(shí)，接頭拘束度高、應(yīng)力大，而且現(xiàn)場(chǎng)露天作業(yè)，受地區(qū)差異的影響，氣溫差異也很大，因此為了預(yù)防冷裂紋和緩解接頭應(yīng)力，要求附加了預(yù)熱和緩冷措施。而在制造企業(yè)則不存在這些因素，是否可以取消預(yù)熱和緩冷措施，也有必要進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)條件

選用φ57 mm×6 mm，φ57 mm×8 mm的12Cr1MoVG鋼管和板厚6 mm，8 mm的12Cr1MoV鋼板。其化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值見(jiàn)表1，力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值見(jiàn)表2。圖1為不同焊接工藝的坡口形式，管子熱絲TIG焊坡口形式如圖1a所示進(jìn)行加工，手工TIG坡口形式如圖1b所示進(jìn)行加工；焊條電弧焊鋼板坡口形式如圖1c所示進(jìn)行加工。焊接工藝條件見(jiàn)表3。

表1 化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值

表2 力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值

圖1 不同焊接工藝下的坡口形式

表3 焊接工藝條件

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 接頭拉伸性能

接頭抗拉強(qiáng)度值及斷裂位置見(jiàn)表4。從表4可見(jiàn)，拉伸時(shí)均斷裂在母材，強(qiáng)度在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的470～640 MPa，滿足鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(TSG G0001)要求。說(shuō)明無(wú)焊后熱處理的接頭，無(wú)預(yù)熱緩冷措施下，強(qiáng)度均可滿足要求。

表4 接頭拉伸試驗(yàn)結(jié)果

2.2 接頭彎曲性能

接頭彎曲試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由彎曲試驗(yàn)知，試樣彎曲后均未發(fā)現(xiàn)裂紋，說(shuō)明8 mm厚的12Cr1MoV鋼在有、無(wú)焊后熱處理狀態(tài)下焊縫都有較好的塑性，有、無(wú)焊前預(yù)熱、焊后緩冷措施，焊縫都有較好的塑性，結(jié)果均滿足鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(TSG G0001)的要求。

表5 彎曲試驗(yàn)結(jié)果

2.3 接頭沖擊性能

φ57 mm×8 mm的管子、8 mm的鋼板對(duì)接接頭的焊縫和熱影響區(qū)沖擊吸收能量見(jiàn)表6。由于壁厚所限，該沖擊試驗(yàn)的取樣為非標(biāo)取樣(5 mm×10 mm)。由表6可見(jiàn)，試樣熱處理后，焊縫和熱影響區(qū)的沖擊值明顯提高，但無(wú)熱處理的試樣，仍然具有良好的沖擊吸收能量。GB/T 5310—2017對(duì)母材規(guī)定的最小沖擊吸收能量為40 J，NB/T 47014規(guī)定12Cr1MoV焊縫和熱影響區(qū)的沖擊吸收能量不低于24 J,由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的沖擊吸收能量都是在標(biāo)準(zhǔn)試樣(10 mm×10 mm)條件下的，因此將試驗(yàn)的沖擊吸收能量換算為標(biāo)準(zhǔn)試樣下的沖擊吸收能量可見(jiàn)，無(wú)熱處理狀態(tài)下的焊縫和熱影響區(qū)的沖擊吸收能量都有很大的富裕度。由此可見(jiàn)采用熱絲TIG、手工TIG、焊條電弧焊方法焊接的8 mm的鋼管、鋼板焊后不熱處理沖擊性能是完全滿足鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(TSG G0001)要求。此外，從G和H試樣對(duì)比可見(jiàn)，預(yù)熱和緩冷措施并沒(méi)有改善焊縫沖擊性能的作用。

表6 焊縫與熱影響區(qū)沖擊吸收能量 J

2.4 接頭硬度

接頭硬度見(jiàn)表7。由表7可見(jiàn)，試樣有無(wú)熱處理，有無(wú)預(yù)熱、緩冷，焊縫硬度值均滿足火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程(DL/T 869)的要求。熱處理后焊縫和熱影響區(qū)硬度值比不熱處理有一定幅度的下降(見(jiàn)B與C，E與F),預(yù)熱緩冷的試樣與不預(yù)熱緩冷的試樣硬度值十分相近(見(jiàn)G與H)，所以預(yù)熱緩冷的工藝措施對(duì)硬度值無(wú)影響。

表7 接頭硬度 HV

2.5 金相組織

試樣金相組織見(jiàn)表8。由金相組織可見(jiàn)，6 mm與8 mm厚的試件在不熱處理的狀態(tài)下焊縫、熱影響區(qū)的組織相同，焊縫為貝氏體+少量鐵素體，粗晶區(qū)和細(xì)晶區(qū)為貝氏體+少量鐵素體，不完全重結(jié)晶區(qū)為鐵素體+貝氏體+灰塊狀組織。8 mm厚的試件熱處理后焊縫組織為貝氏體+少量鐵素體，粗晶區(qū)和細(xì)晶區(qū)為貝氏體+少量鐵素體，熱影響區(qū)為貝氏體+少量鐵素體。由以上對(duì)比可見(jiàn)，不熱處理?xiàng)l件下，6 mm與8 mm厚試件的接頭組織相同，預(yù)熱和緩冷，并不改變組織形態(tài)。而熱處理后的接頭，不完全結(jié)晶區(qū)的灰塊狀組織消失，說(shuō)明熱處理有改變組織的作用。那么灰塊狀組織是否對(duì)性能有影響尚需進(jìn)一步的分析。

表8 金相組織

A試樣(φ57 mm×6 mm管子焊后不熱處理)的不完全重結(jié)晶區(qū)組織如圖2所示。B試樣(φ57 mm×8 mm管子焊后不熱處理)的不完全重結(jié)晶區(qū)組織如圖3所示。由圖2和圖3可見(jiàn)，不同大小的灰塊點(diǎn)綴分布于鐵素體邊界，灰塊區(qū)域內(nèi)馬氏體板條特征不明顯，可以定義為粒狀貝氏體，主要為貝氏體+M-A組元構(gòu)成，金相分析發(fā)現(xiàn)距離FGHAZ越近的地方，灰塊區(qū)域數(shù)量越多；而靠近母材部位灰塊區(qū)域數(shù)量逐漸減少，灰塊區(qū)域內(nèi)組織呈團(tuán)絮狀，針狀組織特征很不明顯，如圖4所示。C試樣經(jīng)過(guò)了焊后熱處理，近FGHAZ側(cè)ICHAZ的

圖2 A試樣ICHAZ的顯微組織(靠近FGHAZ)

圖3 B試樣ICHAZ的顯微組織(靠近FGHAZ)

圖4 ICHAZ的顯微組織(靠近母材)

顯微組織如圖5所示，近母材側(cè)ICHAZ的顯微組織如圖6所示。與焊態(tài)試樣相比，可以看出，灰色塊狀組織區(qū)域基本消失，只剩下一些點(diǎn)狀碳化物，這表明灰塊區(qū)域組織不穩(wěn)定，焊后熱處理使它們分解為鐵素體和碳化物。在A和B試樣的ICHAZ部位選擇5個(gè)以上的視場(chǎng)拍攝光學(xué)金相照片，放大倍數(shù)固定為100倍，用圖像分析軟件測(cè)量各視場(chǎng)中灰塊區(qū)域的面積分?jǐn)?shù)，同時(shí)選擇灰塊組織進(jìn)行硬度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表9。

圖5 C試樣ICHAZ的顯微組織(靠近FGHAZ)

圖6 C試樣ICHAZ的顯微組織(靠近母材)

表9 灰塊區(qū)域面積分?jǐn)?shù)及顯微硬度測(cè)量結(jié)果

從A,B試樣的對(duì)比可知，6 mm和8 mm不熱處理狀態(tài)下接頭組織相同，不完全重結(jié)晶區(qū)的灰塊狀組織所占面積分?jǐn)?shù)也非常接近。由于以6 mm接頭在電廠有長(zhǎng)期運(yùn)行的業(yè)績(jī)，證明熱影響區(qū)一定數(shù)量的灰塊狀組織對(duì)使用性能沒(méi)有明顯影響，由此推斷8 mm接頭組織可滿足使用要求。

2.6 焊接殘余應(yīng)力

焊接殘余應(yīng)力的測(cè)量分為破壞性測(cè)量和非破壞性測(cè)量2大類，非破壞性檢測(cè)法技術(shù)成熟，常在工程應(yīng)用中被接受和采納。破壞性檢測(cè)主要包括切條法、剝層法、鉆孔法、沖擊壓痕法等。切條法理論依據(jù)嚴(yán)密、測(cè)定技術(shù)簡(jiǎn)單、測(cè)定結(jié)果可靠，常被用來(lái)作為校核其他測(cè)定方法的可靠性[2]。因此，試驗(yàn)中殘余應(yīng)力按切條法測(cè)定；試件的測(cè)點(diǎn)布置圖如圖7和圖8所示，圖7為沿管子母線展開(kāi)圖，圖8為立體示意圖。沿軸向方向應(yīng)變計(jì)粘貼間距為5 mm，將應(yīng)變測(cè)點(diǎn)如圖8分為13個(gè)，編號(hào)為N1至N13，其中N6，N7，N8點(diǎn)位于焊縫上；沿環(huán)向方向?qū)⒃嚰譃?等份，編號(hào)(一)至(四)；在每個(gè)測(cè)點(diǎn)上布置一個(gè)單向應(yīng)變計(jì)。上圖中“|”與“-”分別表示軸向方向與環(huán)向方向布置的應(yīng)變計(jì)。

圖7 沿管子母線展開(kāi)圖

圖8 測(cè)點(diǎn)布置圖

應(yīng)變片布置好后，按圖7中所示的分割線進(jìn)行切割，從而測(cè)出對(duì)應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)變?chǔ)舤，εl，測(cè)得的殘余應(yīng)變用二向應(yīng)力—應(yīng)變公式計(jì)算殘余應(yīng)力：

σt=-E1-μ2(εt+με1)

(1)

σ1=-E1-μ2(ε1+μεt)

(2)

式中:E為材料彈性模量；μ為泊松比；εt為環(huán)向殘余應(yīng)變；ε1為軸向殘余應(yīng)變；σt為環(huán)向殘余應(yīng)力σ1為軸向殘余應(yīng)力；接頭殘余應(yīng)力分布如圖9、圖10所示。

圖9 φ57 mm×6 mm管接頭殘余應(yīng)力分布(試樣A)

圖10 未熱處理φ57 mm×8 mm管接頭殘余應(yīng)力分布(試樣B)

對(duì)圖9和圖10中的受力情況進(jìn)行對(duì)比可見(jiàn)，φ57 mm×6 mm和φ57 mm×8 mm管子的應(yīng)力分布規(guī)律相近，最大焊接殘余應(yīng)力相當(dāng)。軸向應(yīng)力分布如下：在焊縫上受拉應(yīng)力，最大拉應(yīng)力為20 MPa左右(A試樣為23，B試樣為17 MPa)，在焊縫兩側(cè)受壓應(yīng)力，最大壓應(yīng)力在-85左右(A試樣的最大壓應(yīng)力為-87 MPa，B試樣為-81 MPa)；環(huán)向應(yīng)力分布如下：在焊縫上受壓應(yīng)力，最大壓應(yīng)力值在-40 MPa左右(A試樣為-35 MPa，B試樣為-48 MPa)，焊縫兩側(cè)受拉應(yīng)力最大拉應(yīng)力在40 MPa左右。在遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域(在管子端部)的殘余應(yīng)力都比較大，這是由于管端機(jī)加引起的加工應(yīng)力。

2.7 接頭持久性能

從無(wú)熱處理、無(wú)預(yù)熱緩冷措施的B接頭中取樣，加工成標(biāo)距為φ5 mm×50 mm的圓棒持久試樣，焊縫位于試樣中部。按GB/T 2039—1997《金屬高溫持久試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行持久試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度為560 ℃，初始試驗(yàn)應(yīng)力分別為155 MPa，140 MPa和135 MPa，最長(zhǎng)拉伸時(shí)間6 000 h，拉伸均斷裂在母材上，如圖11所示。可以看到，所有試樣斷裂位置均遠(yuǎn)離焊縫，同時(shí)從斷口附近的光學(xué)金相分析，斷裂部位的顯微組織為鐵素體和珠光體，可確定斷裂位置在母材，而不在HAZ,這表明接頭的持久強(qiáng)度高于母材。由此可見(jiàn)8 mm接頭不熱處理，持久性能滿足要求。

圖11 接頭持久試驗(yàn)斷裂試樣

對(duì)經(jīng)過(guò)持久性能試驗(yàn)試樣的ICHAZ進(jìn)行金相分析，如圖12所示，可以看到， ICHAZ經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)6 000 h的高溫(560 ℃)蠕變后，灰塊區(qū)域明顯減少，表明高溫蠕變起到焊后熱處理相同的作用。

圖12 ICHAZ顯微組織形貌

由持久試驗(yàn)試樣金相分析，進(jìn)一步說(shuō)明，熱影響區(qū)中存在的灰塊組織，不會(huì)對(duì)持久性能或試用性能產(chǎn)生不利影響。

3 討論

3.1 常規(guī)力學(xué)性能

從試驗(yàn)結(jié)果知，采用熱絲TIG、手工TIG、低氫型焊條電弧焊焊接的8 mm的接頭，在無(wú)預(yù)熱和緩冷措施且不進(jìn)行焊后熱處理?xiàng)l件下，其拉伸、彎曲性能滿足鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(TSG G0001)要求，硬度值符合火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程(DL/T 869)的要求。參照鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(TSG G0001)，NB/T 47014對(duì)母材沖擊吸收能量的要求，焊縫及熱影響區(qū)沖擊吸收能量滿足要求，盡管無(wú)熱處理接頭比熱處理接頭的沖擊吸收能量低，但仍然具有良好的沖擊性能和較大的沖擊富裕度。接頭不進(jìn)行熱處理一般擔(dān)心硬度超標(biāo)和沖擊吸收能量達(dá)不到要求，但從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，接頭的硬度值完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且沖擊吸收能量具有較大的富裕度。因此，從接頭的抗拉強(qiáng)度、塑性、硬度及沖擊性能分析，采用熱絲TIG、手工TIG、低氫型焊條電弧焊焊接的8 mm的接頭焊后不熱處理可行。

3.2 殘余應(yīng)力

無(wú)熱處理的φ57 mm×6 mm，φ57 mm×8 mm的接頭殘余應(yīng)力的分布規(guī)律相同，且最大殘余應(yīng)力也相近。從殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果看，不熱處理的φ57 mm×8 mm的焊接殘余應(yīng)力并不高，雖然不熱處理的接頭的殘余應(yīng)力會(huì)高于熱處理的接頭，但其自身殘余應(yīng)力不高，甚至不大于由機(jī)加工引起的應(yīng)力(機(jī)械加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力為圖10中的1點(diǎn)和13點(diǎn))，因此不會(huì)對(duì)接頭性能產(chǎn)生不良影響。不論從8 mm接頭殘余應(yīng)力絕對(duì)值分析，還是從與6 mm接頭的對(duì)比值分析，接頭殘余應(yīng)力都不高(甚至不高于管段機(jī)加引起的應(yīng)力)，且與6 mm無(wú)熱處理接頭的殘余應(yīng)力值相近，基于不熱處理的12Cr1MoVG蛇形管接頭在電廠多年安全運(yùn)行的事實(shí)，可以得出8 mm的蛇形管接頭焊后不熱處理從殘余應(yīng)力分析是可行的。如果在膜式屏或其他拘束應(yīng)力更大的結(jié)構(gòu)中，是否能取消熱處理要根據(jù)具體情況確定。

3.3 接頭組織

從前面微觀分析結(jié)果來(lái)看，焊縫、粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)的組織在熱處理前或在熱處理后并無(wú)明顯差別，只有不完全重結(jié)晶區(qū)存在差別，不熱處理接頭在ICHAZ中存在較多的灰塊區(qū)域，根據(jù)目前業(yè)內(nèi)對(duì)12Cr1MoV的研究分析，灰塊組織有2種組織形態(tài)，一種是黃塊馬氏體，另一種是未完全轉(zhuǎn)變的貝氏體組織。黃塊馬氏體組織主要是在母材熱處理不當(dāng)?shù)那闆r下產(chǎn)生的，當(dāng)12Cr1MoV材料如果回火溫度過(guò)高則母材中會(huì)出現(xiàn)黃塊馬氏體，該組織是由馬氏體、殘余奧氏體和貝氏體組成的混合物，黃塊馬氏體的顯微硬度很高，一般達(dá)到500～600 HV[3]。王憲軍等人[4]認(rèn)為，12Cr1MoV中的黃塊馬氏體對(duì)持久性能有明顯不利影響。另一種黃塊組織為未完全轉(zhuǎn)變的貝氏體，楊訊等人[5]認(rèn)為，12Cr1MoV中的黃塊組織既不是黃塊馬氏體，也不是鐵素體，而應(yīng)為未完全轉(zhuǎn)變的貝氏體組織，只所以在金相下呈黃色，是因?yàn)槲赐耆D(zhuǎn)變的貝氏體組織由鐵素體和晶界微量的片狀或顆粒狀的析出相組成，因?yàn)樵阼F素體基體上有微量細(xì)小的析出相產(chǎn)生，散射了部分入射光，因此反射光呈現(xiàn)黃色，該組織的產(chǎn)生對(duì)材料性能并無(wú)影響。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的灰塊組織，主要由貝氏體+M-A組元構(gòu)成。M-A組元形成的必要條件是焊接快速冷卻過(guò)程中形成殘余奧氏體，產(chǎn)生的充分條件是在兩相區(qū)內(nèi)的焊接熱作用[6]，因此接頭的ICHAZ產(chǎn)生M-A組元具備條件。通過(guò)金相觀察，M-A組元呈細(xì)小的島狀或顆粒狀，沒(méi)有觀察到有長(zhǎng)針狀特征的馬氏體。ICHAZ的高溫停留時(shí)間短，冷卻速度快，合金元素的擴(kuò)散很不充分，在原始組織貝氏體和珠光體部位合金元素富集程度不高，降低了奧氏體的穩(wěn)定性，冷卻時(shí)不易得到淬硬的馬氏體組織，而形成粒狀貝氏體和細(xì)小的島狀M-A組元。同時(shí)從表9的顯微硬度分析，硬度值較低，該組織不屬于馬氏體組織。另外持久性能試驗(yàn)的斷裂位置均在母材而不是熱影響區(qū)，由此可見(jiàn)，灰塊組織對(duì)性能沒(méi)有明顯影響。而且M-A組元在經(jīng)過(guò)熱處理或高溫運(yùn)行后會(huì)分解為碳化物和鐵素體[7]，在持久性能試驗(yàn)(560 ℃×6 000 h)后灰塊組織基本消失，根據(jù)不熱處理接頭經(jīng)歷了高溫時(shí)效(560 ℃×6 000 h)的試樣與熱處理接頭的金相對(duì)比發(fā)現(xiàn)，金相組織相同，可見(jiàn)，不熱處理接頭在高溫服役階段也會(huì)起到焊后熱處理的作用，ICHAZ中的灰塊組織會(huì)逐漸消失。此外，根據(jù)6 mm與8 mm接頭的ICHAZ對(duì)比，兩者組織相同，灰塊狀組織所占比例相近，基于6 mm接頭不熱處理的產(chǎn)品在電廠有長(zhǎng)期大量應(yīng)用業(yè)績(jī)這一事實(shí)可以證明，ICHAZ中存在的灰塊組織，不會(huì)影響產(chǎn)品使用。因此，從組織分析，8 mm厚度的12Cr1MoV取消焊后熱處理可行。

3.4 接頭持久性能

對(duì)于評(píng)價(jià)用于高溫高壓下的鍋爐管的性能，最具代表性的試驗(yàn)是高溫持久性能試驗(yàn)，由試驗(yàn)結(jié)果可知，試樣均斷裂在母材上，而不在焊縫和熱影響區(qū)，說(shuō)明焊接接頭的性能不低于母材，可見(jiàn)8 mm厚度的12Cr1MoV不熱處理的焊接接頭持久性能滿足要求。

3.5 預(yù)熱緩冷措施的必要性

從彎曲試驗(yàn)知，有、無(wú)預(yù)熱緩冷，接頭都有良好的塑性；從沖擊試驗(yàn)看，預(yù)熱緩冷后接頭沖擊吸收能量并無(wú)提高的趨勢(shì)或規(guī)律，且有、無(wú)預(yù)熱緩冷措施，焊縫、熱影響區(qū)都有良好的沖擊韌性；從硬度值分析，有預(yù)熱緩冷的接頭硬度與無(wú)預(yù)熱緩冷的接頭硬度值十分接近，預(yù)熱緩冷對(duì)接頭硬度值無(wú)明顯影響；從金相組織看，熔合區(qū)、過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)、不完全正火區(qū)的組織相同，預(yù)熱緩冷后，不完全正火區(qū)仍有灰塊組織存在。因此，預(yù)熱、緩冷措施對(duì)接頭性能并無(wú)明顯影響。

焊前預(yù)熱、焊后緩冷的工藝措施對(duì)8 mm厚的12Cr1MoV管接頭性能既然無(wú)明顯影響，《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》作相關(guān)規(guī)定主要是根據(jù)電廠的實(shí)際提出的，因?yàn)樵陔姀S鍋爐安裝中，管子兩端不能自由伸縮，接頭的拘束度較大，另外由于電廠所處的地理位置的原因，有些電廠在鍋爐安裝中溫度很低，濕度較大，在這種情況下，12Cr1MoV鋼產(chǎn)生冷裂紋的傾向增大。預(yù)熱和緩冷具有延緩焊接冷卻速度，從而有利于擴(kuò)散氫逸出，同時(shí)可降低焊接應(yīng)力和實(shí)現(xiàn)焊接結(jié)構(gòu)拘束度降低的作用[8]。擴(kuò)散氫和拘束應(yīng)力正是引起焊接冷裂紋的主要因素，因此為了防止冷裂紋的產(chǎn)生，電力標(biāo)準(zhǔn)作了焊前預(yù)熱，焊后緩冷的規(guī)定。而制造企業(yè)在車間生產(chǎn)中，因?yàn)楣茏觾啥耸遣还潭ǖ模梢宰杂缮炜s，其拘束度小，且車間的最低溫度一般不低于5 ℃，所以8 mm厚的12Cr1MoV接頭產(chǎn)生冷裂紋的傾向很小。此外，許波等研究表明，預(yù)熱溫度提高對(duì)冷卻速度的影響很大，預(yù)熱溫度越高，t8/5越大[9]。而t8/5越大，粗晶區(qū)的M-A組元越多，韌性下降也越大[10]，由此可見(jiàn)，增加預(yù)熱和緩冷對(duì)減少M(fèi)-A組元并無(wú)益處。

在制造廠生產(chǎn)中，當(dāng)采用TIG焊或低氫型焊條電弧焊時(shí)，當(dāng)室溫不低于5 ℃的條件下，對(duì)8 mm厚的12Cr1MoV鋼焊前預(yù)熱和焊后緩冷的工藝措施并不是必須的。

4 結(jié)論

(1)對(duì)8 mm及以下厚度的12Cr1MoV鋼，采用鎢極氬弧焊(TIG)、低氫型焊條電弧焊方法焊接的接頭不進(jìn)行焊后熱處理是可行的。

(2)取消8 mm及以下厚度的12Cr1MoV焊后熱處理，焊前預(yù)熱和焊后緩冷措施不是必須的。