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1、1999年第2期广西电力技术35T91钢的性能及其焊接方法刘红文聂铭陈顺强(广东省电力工业局试验研究所广州市510600)摘要从理论和实践两个角度,探讨了T91钢有关的性能及其焊接工艺。关键词T91钢焊接工艺性能表1T91钢的化学成份%1引言元素含量近年来,我国电力工业飞速发展,电厂C0.08-0.12锅炉向大容量、高参数发展。按照国家电力公Mn0.30-0.60司的布署,从现在起到下世纪初,将逐步限P≤0.02S≤0.01制和取消中小型燃煤机组,300MW机组将Si0.20-0.50成为各大电网的主力机组。300MW机组的Cr8.00-9.50高温过热器、高温
2、再热器的最高实际壁温已Mo0.85-1.05V0.18-0.25超过了600℃,原先广泛应用于这些高温部件Nb0.06-0.10的12Cr1MoV钢高温强度、抗氧化性等均不N0.03-0.07能满足要求。T91钢以其优良的高温性能,在Ni≤0.40电站高温过热器、高温再热器乃至主蒸汽管道上得到了越来越广泛的应用。但由于其焊T91钢中各合金元素分别起到固溶强接性较差,焊接时容易出现问题,因此探讨化、弥散强化和提高钢的抗氧化性、抗腐蚀一套比较合理的焊接工艺十分必要。性能,具体分析如下。①碳是钢中固溶强化作用最明显的元2T91钢的有关性能素,随含碳量的增加,钢的短时强
3、度上升,塑2.1合金化原理性、韧性下降,对T91这类马氏体钢而言,含T91钢是美国国立像树岭实验室和美国碳量的上升会加快碳化物球化和聚集速度,燃烧工程公司冶金材料实验室合作研制的新加速合金元素的再分配,降低钢的焊接性、耐型马氏体耐热钢。它是在9Cr1MoV钢的基础蚀性和抗氧化性,故耐热钢一般都希望降低上降低含碳量,严格限制硫、磷的含量,添含碳量,但含碳太低,钢的强度将降低。T91加少量的钒、铌元素进行合金化。根据钢与12Cr1MoV钢相比,含碳量降低20%,这ASTM213/A213M-85C,T91钢的化学成份是综合考虑上述因素的影响而决定的。见表1。②T91
4、钢中含微量氮,氮的作用体现在与T91钢对应的德国钢号为两个方面。一方面起固溶强化作用,常温下氮X10CrMoVNNb91,日本钢号为HCM95,法在钢中的溶解度很小,T91钢焊后热影响区国则为TUZ10CDVNb0901。在焊接加热和焊后热处理过程中,将先后出36广西电力技术1999年第2期现VN的固溶和析出过程:焊接加热时热影CMnCr+Mo+Veq=C+++65响区内已形成的奥氏体组织由于VN的溶Ni+Cu≈入,氮含量增加,此后常温组织中的过饱和15程度提高,在随后的焊后热处理中有细小的0.69+1+0.20.10+++65VN析出,这增加了组织稳定性,提高
5、了热影0.4响区的持久强度值。另一方面,T91钢中还含15≈2.3有少量A1,氮能与其形成A1N,A1N在可见T91的焊接性较差。1100℃以上才大量溶入基体,在较低温度下3T91焊接时存在的问题又重新析出,能起到较好的弥散强化效果。3.1热影响区淬硬组织的产生③加入铬主要是提高耐热钢的抗氧化从图1可以看出,T91的临界冷却速度性、抗腐蚀能力,含铬量小于5%时,600℃低,奥氏体稳定性很大,冷却时不易发生正开始剧烈氧化,而含铬量达5%时就具有良好常的珠光体转变,从而冷却到较低温度时发的抗氧化性。12Cr1MoV钢在580℃以下具有生了马氏体转变。正由于此,T91
6、的淬硬和冷良好的抗氧化性,腐蚀深度为0.05mm/a,裂倾向很大。600℃时性能开始变差,腐蚀深度为0.13mm/a。T91含铬量提高到9%左右,使用温度能达到650℃,主要措施就是使基体中溶有更多的铬。④钒与铌都是强碳化物形成元素,加入后能与碳形成细小而稳定的合金碳化物,有很强的弥散强化效果。⑤加入钼主要是为了提高钢的热强性,起到固溶强化的作用。2.2热处理工艺T91的最终热处理为正火+高温回火,正火温度为1040℃,保温时间不少于10min,回火温度为730～780℃,保温时间不少于1h,最终热处理后的组织为回火马氏体。2.3机械性能图1T91钢的连续冷却曲
7、线T91钢的常温抗拉强度≥585MPa,常温屈服强度≥415MPa,硬度≤250HB,伸长由于热影响区的各种组织具有不同的密率(50mm标距的标准圆形试样)≥20%,许度、膨胀系数和不同的晶格形式,在加热和650℃用应力值[e]=30MPa。冷却过程中必然会伴有不同的体积膨胀和收2.4焊接性能缩;另一方面,由于焊接加热具有不均匀和温度高的特点,故而T91焊接接头内部应力按照国际焊接学会推荐的碳当量公式算很大。得T91的碳当量为1999年第2期广西电力技术37对于T91,奥氏体十分稳定,要冷却到较生的软化现象比较严重,而且接头的回火温低温度(约400℃)才能变为马
8、氏体。粗大的度越高,软化
