P91钢与12Cr1MoV钢焊接工艺分析

P91钢与12Cr1MoV钢焊接工艺分析 2013年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 P91钢与12Cr1MoV钢焊接工艺分析 国电新疆红雁池发电有限公司 戴良成 [摘要] P91钢由于具有良好的高温稳定性和热强性,广泛应用在我国新建亚临界、超临界机组高温承压部件上。研究及理解P91钢材的金相组织性能与焊接性对电厂金属监督工作有很大的必要性。 ; 12Cr1MoV钢,金属性能,焊接性 [关键词] P91钢 前言 国电新疆红雁池发电有限公司330MW1号机组主蒸汽管道采用的是P91材质，温度测点管座采用的是12Cr1Mov材质。本文通过对一起泄漏的分析，找出母材、管座材质硬度低的原因，提出改进方法，确保设备安全运行。 1 事故经过 1号机组C级检修通过全面检查，发现主蒸汽系统3个温度测点存在裂纹，通过清 B9焊条进行堆焊，热处理后发现除原焊缝的镍基材料，采用与P91材料匹配的E9018— 焊缝硬度(最低140HB)不合格，母材硬度有所降低(最低140);同时对焊缝、母材进行金相分析所得组织为无相位马氏体。如果进行第三次焊接后热处理，可能会导致母材报废的危险。 2 理论分析与研究 2.1化学成分分析 2.1.1 12Cr1Mov钢为珠光体耐热钢其化学成分见表1 表1 C(,) Mn(,) Si(,) Cr(,) Mo(,) V(,) S\P(,) 0.08-0.12 0.10-0.27 0.17-0.37 0.9-1.2 0.25-0.35 0.15-0.30 ?0.035 2.1.2 P91钢为马氏体耐热钢，其化学成分见表2 表2 C(,) Mn(,Si(,Cr(,Mo(,Ni(,V(,) N(,) S(,) P(,) ) ) ) ) ) 0.08-0.30-0.20-8-9.5 0.85-?0.4 0.18-0.03-,,0.12 0.60 0 .50 1.05 0.25 0 .07 0.001 0.002 由此可以看出，12Cr1MoV钢与A335p91钢的Cr、Mo含量不同，，导致两种钢材焊接 2013年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 性能差距较大，P91钢淬硬倾向较大，12Cr1MoV钢有再裂倾向。 2.2 接头性能分析 12Cr1MoV与P91接头关键在于焊缝金属性能、理想状态的焊缝金属选塑性韧性较好，强度介于二者之间的焊接材料进行连接较为合理。 2.2.1晶粒度 P91侧为回火索氏体，12Cr1MoV侧为珠光体;P91侧晶粒相对细小，12Cr1MoV侧晶粒相对较大;P91侧晶粒较为复杂，12Cr1MoV侧晶粒较为简单，焊缝金属理想形式为从12Cr1MoV侧由珠光体缓慢过渡为P91侧索氏体更为合理。由此可见，选择韧性塑形高的P91钢的高匹配焊材，较符合这一规律。 2.2.2组织状态 12Cr1MoV侧为珠光体，P91侧为回火索氏体，焊缝尽量为回火索氏体或珠光体组织。 2.2.3强度 12Cr1MoV抗拉强度与P91抗拉强度差距较大，选用低强度或介于二者之间强度的焊丝、焊条有利于缓减焊缝表面不平或内部应力集中状态。 2.2.4冲击韧性 选用高韧性且耐热温度介于二者之间材料较为合理。 2.2.5扩散 若选用高匹配材料，则碳势必由12Cr1MoV侧向焊缝金属扩散，P91管中碳也向焊缝少量扩散，在12C1MoV侧形成一个明显的扩散层，P91侧有不太明显扩散层;若选用低匹配材料，则碳势必由焊缝向P91侧扩散，P91侧硬度更高，P91侧Cr向焊缝金属扩散，P91侧会产生贫Cr现象。 由于焊缝金属比母材组织更不稳定，焊后也仅仅能进行高温回火处理，晶粒大小不均匀，所以焊接时首先要保证焊缝金属稳定性，采用合理的焊接材料，保证焊缝组织稳定性，从而也保证了接头稳定性。 以上分析可以看出，高、低匹配焊接材料采特点见表3: 高匹配焊接材料 低匹配焊接材料 晶粒度符合要求 晶粒度相对不均匀 组织符合要求 组织符合要求 强度较高 强度介于二者之间，合理 冲击韧性合理 冲击韧性合理 碳、铬扩散，稀释后焊缝组织较为稳定 碳、铬扩散，稀释后焊缝组织不太稳定 2013年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 从强度观点选低匹配合理，但从焊缝组织性能观点来看，选高匹配较为合理。 表4采用TIG-R31焊丝、R317焊条焊接 材质 规格 焊丝 焊条 焊接位置 12Cr1MoV φ76×12 TIG-R31 R317 5G P91 φ273×30 表5焊接工艺参数 焊接层单层单道焊焊接焊接材直径 极性 电流A 电压 速度道号 缝尺寸 方法 料 V L/m.in) 1-1 H=2-3、B=3-4 Ws TIG-R31 φ2.4 直流正接 100-120 12-14 35-45 2-1 H=2-3、B=5-6 Ws TIG-R31 φ2.4 直流正接 100-120 12-14 35-45 3-1 H=2.8-3.2、Ds R317 φ3.2 直流反接 110-130 20-26 40-60 B=9-10 4-(1,2) H=2.8-3.2、Ds R317 φ3.2 直流反接 110-130 20-26 40-60 B=7-8 5-(1,2) H=3-3.5、B=7-8 Ds R317 φ4.0 直流反接 140-160 23-28 40-60 6-(1,2) H=3-3.5、Ds R317 φ4.0 直流反接 140-160 23-28 40-60 B=10-11 7-(1,2) H=3-3.5、Ds R317 φ4.0 直流反接 140-160 23-28 50-80 B=11-12 表6 采用M TS-3焊丝chromoT91焊条焊接 材质 规格 焊丝 焊条 焊接位置 12Cr1MoV φ76×12 MTS-3 Chrom o 5G T91 P91 φ273×30 2013年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 表7焊接工艺参数 焊接层单层单道焊焊接焊接材直径 极性 电流A 电压 速度道号 缝尺寸 方法 料 V L/m.in) 1-1 h=2-3 Ws MTS-3 φ2.4 直流正接 100-120 12-14 35-45 B=3-4 2-1 h=2-3 Ws MTS-3 φ2.4 直流正接 100-120 12-14 35-45 B=5-6 3-1 h=2.8-3.2 Ds ChromoT91 φ3.2 直流反接 110-130 20-26 40-60 B=9-10 4-(1,2) h=2.8-3.2 Ds ChromoT91 φ3.2 直流反接 110-130 20-26 40-60 B=7-8 5-(1,2) h=2.8-3.2 Ds ChromoT91 φ3.2 直流反接 110-130 23-28 40-60 B=7-8 6-(1,2) h=2.8-3.2 Ds ChromoT91 φ3.2 直流反接 110-130 23-28 40-60 B=7-8 7-(1,2) h=2.8-3.2 Ds ChromoT91 φ3.2 直流反接 110-130 23-28 50-80 B=7-8 3试验与检验分析研究 3.1 采用规格为φ273×30的P91钢与规格为φ76×12的12Cr1MoV钢进行焊接工艺评定，其工艺方法1的工艺参数见表4、表5;工艺方法2见表6、表7. 焊接操作方法:多层多道窄幅摆动焊。 预热温度均为200?-250?，层间温度为200?-300?。 焊后，降温100?-200?/1h马氏体转变后立即进行焊后热处理，焊后热处理温度为740??10?/4h,升降温度为150?/h，热处理加热片宽度为单侧200mm,保温棉宽度为单侧260mm,热处理降温至300?以下，断电缓冷，降至室温拆保温棉。 进行氩弧焊第1、2层时由壁充氩保护，氩气流量为15-20L/m in,外壁氩气流量为9-12L/m in。 经检验分析，采用MTS-3、chromoT91焊材，在12Cr1MoV热影响区侧存在晶粒差别界限，晶粒有不均匀现象，而焊缝中也存在部分较大铁素体组织，晶粒不均匀。采用TIG-R31、R317焊材焊接，也存在类似显像。 2013年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 由此可见，控制熔合线晶粒尺寸是接头性能优劣的关键，采用本文中热处理工艺进行处理。母材、焊缝及热影响区冲击韧性明显高于41J，负荷相关标准要求。 4结束语 4.1 P91钢与12Cr1MoV钢焊接，采用高匹配与低匹配焊接均能形成优良接头。 4.2 热处理工艺是实现优良接头的关键，采用合适的热处理温度和时间，防止焊缝产生过多铁素体组织，细化熔合区晶粒是成功焊接的关键。 4.3 在角接成复杂位置接头应力分布复杂，建议应力集中处采用与母材匹配且含碳量低，一定细化晶粒的V、Ti元素，冲击韧性较高的焊接材料进行焊接。 参考文献 [1]?焊接手册?第二版机械工业出版社，陈剑虹 [2] ?T/P91钢焊接工艺导则?电源质[2002]100号 [3] ?火力发电厂焊接技术规程?DL/T869-2004