9-12%Cr马氏体耐热钢的焊接质量控制

9-12%Cr马氏体耐热钢焊接

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9-12%Cr马氏体耐热钢的焊接 12%Cr马氏体耐热钢的焊接 质量控制

范长信 西安热工研究院有限公司

July. 25, 2005, Xi’an, China

9-12%Cr马氏体耐热钢焊接

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9-12%Cr马氏体耐热钢家族

管道钢 F12、F11、P91、P92、P122、P911、NF12、 F12、F11、P91、P92、P122、P911、NF12、 SAVE12 日本转子钢TR1100、TR1500、TR1200、HR1200 日本转子钢TR1100 TR1500、TR1200、 TR1100、 日本转子钢TOS101、TOS107、TOS110 日本转子钢TOS101、TOS107、 TOS101 欧洲转子钢COST F、COST E、COST B 欧洲转子钢COST F、 E、 欧洲汽缸材料G-X12CrMoVNb 9 1、G欧洲汽缸材料G 1、 X12CrMoVNbN 10 1 1 日本汽缸材料TOS 301、TOS 302、TOS 303 日本汽缸材料TOS 301、 302、

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成分特点 高的Cr含量(9-12%)保证良好的淬透性， 较低的碳含量，较容易获得低碳马氏体； V、Nb、N的析出强化； Mo、W固溶强化； B的晶界强化 ……

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9-12%Cr钢的组织特点

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微观组织

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运行组织稳定性 位错密度的降低； E911、P92、P122由于含W,容易析出 Fe2W Laves相； P122 中的Cu促进Laves相的析出； 蠕变中后期Z相Cr(Nb,V)N析出； 稳定性：P91>E911>P92>P122July. 25, 2005, Xi’an, China

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TPRI 马氏体耐热钢的性能特点

以P91为代表的9-12%Cr马氏体钢具有良好 的综合性能(高温强度、韧性等); 马氏体钢与常规的低合金耐热钢的显著差 别是性能对组织异常敏感，制造、安装和 运行中导致的组织波动都会导致性能的较 大变化。 高温持久强度----会议纪要

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服役期间冲击功的变化 P122:100-125J P92: 150J E911:180J P91: 240J 运行1万小时后 运行 万小时后40J 万小时后 运行后70J 运行后 运行后60J 运行后 运行后180J 运行后

含W钢的冲击功在一万小时内下降显著，之后趋于 钢的冲击功在一万小时内下降显著， 稳定，对母材尚能满足使用要求。 稳定，对母材尚能满足使用要求。对焊接接头需要 有一定的储备。 有一定的储备。July. 25, 2005, Xi’an, China

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马氏体耐热钢的焊接

F11、F12本身成分设计上有缺陷，导致焊接 困难； 后续的9-12%Cr马氏体钢通过合金成分优化 焊接性能有较大幅度的改善； P91国内已经应用10余年，在其焊接方面已 经积累了丰富的经验； 《T91/P91钢焊接工艺导则》是国内P91钢的 焊接技术的里程碑。July. 25, 2005, Xi’an, China

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P91基础上开发的P92、P911、P122等新 钢种在焊接上没有本质的区别； 国内对这类钢的焊接还存在什么问题？如 何提高焊接质量？

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关注焦点-焊接接头的性能 随着技术进步，大多数的高温焊接接头中已不 存在影响使用安全性的宏观缺陷中间探伤规定是否合理？

关注组织的不均匀性和由此引起的性能不均匀 性存在强度或大或小、塑性或高或低的区域，在使 用过程中发生早期失效 强度或塑性不足 不同的蠕变速率，导致接头中应力的错配

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超临界、超超临界机组需要什么样的焊接接头？ TPRI

组织以回火马氏体为主，合理的析出向数 量、尺寸、分布；异常组织的控制(delta -铁素体、过度回火组织等); 与母材的合理的强度匹配； 足够的韧性储备，以应对运行中的脆化。

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焊接质量控制

焊接质量控制包括 焊接材料-焊接工艺-焊后热处理 任何一个环节的失误都会导致质量的失控

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焊接材料的选择

与母材的成分匹配; 质量的稳定(AC1的波动等); 焊接工艺性能 与母材的物理性能的匹配(如相变点); 杂质(S、P、As、Ab等)的控制； 长期蠕变数据的多寡； 合金元素的过渡方式；

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焊接工艺的探讨

工艺1:焊道宽、焊接电流偏上限、焊接速度高； 工艺2:焊道偏窄、薄、焊接电流偏下限，但焊接速度低。 (相对1而言)July. 25, 2005, Xi’an, China

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焊接过程中的自回火

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国内倾向于采用第二种工艺，实践证明能明显提 高焊缝韧性，但熔敷金属试验表明，容易导致3.2、 2.4mm焊条的焊缝金属强度达不到要求，说明反 复“回火”降低了强度； 国外多采用第一种工艺，由于焊接速度高，线能 量也不高，冲击韧性也较高； 建议国内对两种工艺进行系统的对比研究。 对P92等的焊接材料如果合金元素过渡方式方式 不同，建议分别进行工艺评定。July. 25, 2005, Xi’an, China

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焊后热处理 1. 焊后热处理温度的确定– 建议对每批焊接材料的AC1温度进行测定，适当调整 热处理温度，至少根据Mn+Ni含量进行适当调整；

2. 目前的现场热处理存在的问题 施工单位对热处理工的工作重要性缺乏认识； 电厂的运行采用了最先进的控制系统，但国内电厂 建设中热处理却采用了最落后的设备和技术；

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ASME等国际、国内规程中对P91焊接接头的硬度 要求(<Min(350,母材硬度+100)是否合理？ 试问有谁在工艺评定中的P91焊缝硬度高达 HB300以上又同时满足冲击功的要求？ 宽松的验收标准掩盖了热处理中存在的问题； 按照严格的标准，国内焊后热处理至少80%都存

在问题；只有现场焊接接头能接近工艺评定接头 的性能指标，工艺评定才具有意义。 热处理的不到位对低合金钢的影响也许不大，对 于应用在亚临界机组中的P91影响也可能不大， 但对于超临界、超超临界机组中的9-12%Cr马氏 体钢却可能带来致命的问题；July. 25, 2005, Xi’an, China

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硬度HB260-302(洛氏硬度转换) 金相、弯曲、拉伸均合格 焊缝冲击功18-28J(29℃)

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华能股份公司有关P91焊接、热处理、质量 验收的导则已经在玉环电厂P91、P92管道 安装中应用，并在华能其它工程逐步推广。

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