t91／p91钢的焊接性及其焊接工艺

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1、T91／P91钢的焊接性及其焊接工艺

2、第1内容显示中第1【摘要】介绍了T9l／P91钢的研发过程，分析了该钢焊接性主要问题，探讨了该钢焊接工艺要点及其应用。结果表明，T9l／P91新型钢种以其一系列优良的使用性能，在高参数火力发电机组高温管道上获得了广泛的应用。该钢焊接性的主要问题是冷裂纹敏感性较强，以及一定的热裂纹倾向，同时也不可忽视接头性能的弱化(焊缝区韧性恶化和热影响区的软化)；合理的焊接工艺是控制和改善该钢焊接性的重要技术手段。焊接方法和焊接材料确定以后，获得优质接头的关键工艺措施是：焊前预热、控制层温，以及“及时有效”的焊后热处理等工艺。不同的接头组合类型(同

3、种钢或异种钢)，不同规格尺寸的T91／P91钢管焊接，其匹配的焊接工艺各具特色；采用专用药芯焊丝填充TIG打底新工艺，将该钢种的焊接工艺推向一个新的发展阶段。一、概述T91／P91钢以其良好的高温持久强度、热稳定性和高温抗蠕变能力等综合性能，在电站锅炉的过热器、再热器及主蒸汽管道上获得越来越广的应用。虽然说T91／P91钢在我国使用和研究已有十多年的历史，一些单位在掌握该钢焊接工艺方面积累了一些经验，并且由国家电力公司电源建设部下发了《T91／P9l钢焊接工艺导则》指导性文件，但在施工现场施焊时，该钢的焊接质量问题仍时有发生。这表明，一方面是对该钢焊接性的理解不够深人；

4、另一方面对配套焊接工艺关键技术的控制尚不到位。换言之，对引进钢种及其焊接工艺的消化、吸收以及国产化工作仍须继续进行。关于T91／P91钢焊接的研究文献逐年增多，电厂机组成功应用的范例无一不与其采用的焊接工艺密切相关。由于接头的组合类型、管子的规格尺寸(直径和壁厚)不同，焊接所匹配的工艺各异，因而继续开展T9l／P91钢焊接性及其配套工艺的研究，对探寻工艺控制接头性能机理，以及创新工艺核心技术很有必要。为此，本文特意将典型焊接工艺与该钢焊接性问题相联系，综合评述该钢焊接工艺的特点及其应用。该项工作对推动T91／P91钢焊接工艺的进一步完善，提高锅炉使用寿命，具有积极的意义

5、和参考价值。二、T91／P91钢简介随着电力工业的迅速发展，高参数、大容量机组不断涌现，对钢管材料的高温蠕变性能和抗应力腐蚀等性：能提出更高要求。为此，世界主要的工业发达国家进行了大量研究，先后开发出系列新型铁索体型耐热钢，并成功地用于大容量火力发电机组，其中高CT型9Cr1MoVNbN耐热钢即为T91／P91钢。20世纪70年代美国在试验室改进原有的9Cr1Mo钢，80年代初确定改良型钢为T91／P91钢，接着1983年T91／P91钢获美国ASME认可。80年代末德国从F12钢转向使用T9l／P91钢，90年代初日本大力推广T91／P91钢。目前世界主要生产锅炉管和

6、大直径厚罐管的钢厂，均已完成了T91／P91钢工业化生产研究，其中日本、德国、法国等国家的铡厂已向全世界供应T91／P9l钢管。我国于1987年引进该钢种并在电厂应用。该钢的国产化工作已由冶金部部署实施。T91／P91钢被高参数火力发电机组广泛应用，是因为该钢种的使用性能具有以下优点：①与不锈钢相比，该钢具有低的热膨胀系数和良好的导热性。②该铡具有较高的室温抗拉强度，δb最高达770MPa，而且塑性也较好。③该钢的冲击韧度和材料脆性转变温度明显优于同类X20和EMl2钢。④该钢具有更高的高温持久强度和许用应力，在550℃高温经过105h运行后的高温持久强度是T22钢的2

7、倍，在540～610℃内的许用应力明显高于T22、TP304H和X20钢。⑤该钢具有良好的整管弯曲加工性能。⑥该钢的高温疲劳性能优于T22和TP304H钢，高温抗氧化性能也远高于T22钢。三、T91／P91钢的焊接性T91／P91钢是在9Cr1Mo钢的基础上，采用纯净化、细晶化冶金技术，以及微合金化和控轧、控冷等工艺，开发出的新一代中合金耐热钢。从化学成分上看(见表1)，T91／P91钢中C、S、P含量降低了，并用V、Nb、N元素微合金化；从力学性能上看(见表2)，T91／P91钢的强度和韧性改善了。这是由于该钢的强化机理与老钢种有原则的不同，即除了固溶和沉淀强化外，还

8、通过微合金化、控轧、形变热处理及控冷获得高密度位错和高度细化晶粒的结果。该钢的供货状态为正火＋回火(730～760℃)，显微组织是回火马氏体。与T9钢相比，T9l／P9I钢由于降低了碳和杂质元素的含量，焊接裂纹的敏感性明显减弱，防止裂纹产生的预热温度随之而降。应该说，该钢的焊接性有所改善。但是这并不意味着在所有的情况下都能获得满意的接头性能。研究表明，该钢焊接性的主要问题如下：(1)焊接裂纹敏感性。钢中合金元素种类多，总含量达10％左右，具有相当高的空淬特性，由于HAZ淬硬倾向大，冷裂纹敏感性仍较大；同时钢中含有C、Nb等促进热裂的元素，