P91焊接的热处理控制

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1、P91焊接的热处理控制——硬度测试证明是检查P91材料状态的有力手段收藏此信息打印该信息添加：用户投稿来源：未知改良的9Cr-1Mo，一般指P91，因为其出众的高温性能，被广泛应用于电力工业，P91通过其微观结构获得良好的强度和韧性。这种期望的组织只能通过利用均衡的化学成分分析和正确的热处理工艺获得。P91制造和加工过程中，热处理是一道非常关键的步骤。P91是一种马氏体Cr-Mo钢，加入V和Nb微合金元素，并控制N含量，在焊态下，P91组织中含有“新鲜”马氏体。这种未回火的马氏体硬且脆，韧性差，且这种材料有应力腐蚀裂纹倾向。另外，由于

2、新鲜马氏体的蠕变性能还不清楚，可以确定假设为不好。因此，对P91焊后形成的马氏体回火处理是获得要求的工作性能所必须的。正确的热处理将会形成沉淀碳化物（M23C6）和富V和Nb的碳化物，焊缝和母材的硬度介于200VHN和270VHN之间，具有充分的韧性，即20℃时高于27J（20ft-lb）。P91的硬度焊接产生的热量将影响母材，热影响区起始于紧靠焊缝金属焊接界面处，粗晶热影响区（CGHAZ）位于热影响区中，远离焊接界面侧可以辨别出细晶热影响区（FGHAZ）。图1描绘了焊后热处理状态的P91焊缝金属、热影响区和母材的典型硬度。图1显示最

3、高硬度出现在粗晶热影响区（CGHAZ），最低硬度出现在细晶热影响区（FGHAZ），细晶热影响区（FGHAZ）是蠕变性能最弱的区域，该位置易出现所谓的IV型裂纹（Ref.1）。PWHT过程中热处理参数变化产生的影响TNO工业技术公司和NEM公司对P91进行了多次不同热处理条件下的硬度试验。图2阐明了多种热处理对焊缝金属（最高）硬度的影响，硬度为拉森米勒参数（LMP）的函数，LMP用于表示热处理时间和温度的组合特性，LMP对消除应力的热处理温度有效。LMP值介于图2中两条垂直虚线之间的PWHT能够形成良好的材料性能，需要的热处理区间以75

4、0℃/2h（即LMP=20.8）作为下限，以770℃/10h（即LMP=21.9）作为上限。利用硬度检测控制PWHT从图2可以明显得出，拉森米勒参数（LMP）和焊缝金属硬度的加权平均值有直接关系，所有的硬度值都预期低于平均值趋向线，再就是，图2还显示，母材硬度随LMP变化不大。 母材的硬度稍微高于200VHN，只有LMP很高的情况下，母材硬度才低于，但仍很靠近200VHN。对于焊缝金属、硬度与焊后热处理参数（表述为LMP）这种密切关系，对检查热处理后P91状态很帮助。如果采用便携式硬度测试，应多加注意，通常母材、焊缝和热影响区都要进行

5、硬度测试，然而，考虑到探头的尺寸，测试狭窄的热影响区并不容易，即使能测到热影响区的一些数据，也很难分辨数据来自细晶热影响区（FGHAZ）还是来自粗晶热影响区（CGHAZ）。如果相对低的硬度值出现在细晶热影响区（FGHAZ），还可以接受，但如果是出现在粗晶热影响区（CGHAZ），就不能接受了。一种最直接的方法就是只测试焊缝和母材的硬度，这两个区域能够很容易的分辨开来，另外，Bruhl,F,etal（Ref.1）研究发现，细晶热影响区（FGHAZ）硬度比母材的大约低20VHN，基于收集的数据，细晶热影响区（FGHAZ）和母材之间的这个“固

6、定”硬度差异是确定的。粗晶热影响区（CGHAZ）与焊缝或母材硬度间的关系不是很明确，但粗晶热影响区（CGHAZ）大约比焊缝金属硬度高20VHN。图2可用于指导解释测试结果，紧记便携式硬度测试的准确性，当分析便携式硬度测量数据时，要紧记其准确度要低于实验室测量结果。不当操作测量设备、测试区域表面处理不良、或测在脱碳及严重变形的表面层将会导致不准确的结果。韧性在欧洲，27J（20ft-lb）的CharyV冲击韧性通常认为是具有足够的延展性。欧盟（Ref.2）的Directive97/23是指PED（pressureequipmentdir

7、ective）采用20℃（或最低工作温度）下27J作为安全界限。然而，一些规程要求更高的41J（30ft-lb）的冲击值（Ref.3，5）。考虑焊接接头的韧性，焊缝金属被认为最为关键，图3描述了不同LMP下埋弧焊焊缝金属的冲击试验结果。对于埋弧焊，研究发现焊态下的冲击韧性只有7J左右，只要进行LMP值为20.8以上焊后热处理，就能保证获得27J以上的冲击韧性。这和填充金属提供的LMP值有关，大部分P91填充金属供应商提供焊缝金属的数据是经760℃（1400°F）/2h（LMP=21）的热处理。最后，值得注意的是NEM和TNO公司研究发

8、现，经焊后热处理，具有合适韧性焊缝金属的硬度低于300VHN。临界热处理在有些不好的情况下，部件没能在要求的范围内进行焊后热处理，太低的LMP将会导致焊缝金属硬度过高，这也很容易从硬度测试结果中看出，超过770℃/10h