P92鋼焊接工藝性能試驗(yàn)研究

彭志輝

摘 要：作為超超臨界和超臨界機(jī)組主蒸汽管道用材料，P92鋼具有較好的耐高溫和蠕變性能。但就目前的情況看，P92鋼在焊接工藝方面存在冷裂紋、熱影響區(qū)軟化和焊接接頭脆化等現(xiàn)象，影響了它的應(yīng)用。因此，對P92鋼焊接工藝性能試驗(yàn)問題進(jìn)行了研究，分別對P92鋼焊接工藝進(jìn)行了焊接裂紋試驗(yàn)、熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)、再熱裂紋試驗(yàn)和焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)，從而更好地了解P92鋼的焊接工藝和性能。

關(guān)鍵詞：P92鋼；焊接工藝；性能試驗(yàn)；冷裂紋

中圖分類號：TG457.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.107

在T/P91的基礎(chǔ)上，P92鋼得到了開發(fā)。在化學(xué)成分方面，P92鋼的鉬元素含量得以降低，而鎢、硼元素的含量得到了增加。相比于其他鉻鉬耐熱鋼，P92鋼具有更好的耐高溫能力，且具有較好的蠕變性能。在相同的工作溫度、壓力和壽命等條件下，使用P92鋼能減輕鍋爐系統(tǒng)的質(zhì)量、提高管道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)溫度，且系統(tǒng)具有較高的熱效率。但在焊接工藝性能方面，P92鋼的應(yīng)用仍存在一定的問題，需要得到進(jìn)一步驗(yàn)證。

1 P92鋼焊接工藝性能問題分析

1.1 冷裂紋問題

就實(shí)際情況看，P92鋼中含有的C、S、P的數(shù)量較少，且這些元素的純凈度也較高，因此，P92鋼有較好的耐高溫性能。但P92鋼中的合金含量占到了總量的10%以上，屬于高合金鋼類型。因此，P92鋼本身具有一定的冷裂紋傾向，進(jìn)而在焊接過程中可能出現(xiàn)冷裂紋。

1.2 熱影響區(qū)軟化問題

在焊接P92鋼時(shí)，在一定的溫度條件下，P92鋼的熱影響區(qū)的不完全正火區(qū)金屬會發(fā)生部分奧氏體化，但這一溫度條件下的金屬沉淀強(qiáng)化無法得到完全溶解，進(jìn)而在后續(xù)熱處理過程中，未溶解的沉淀會粗化，導(dǎo)致該區(qū)域的材料強(qiáng)度降低，并形成相應(yīng)的軟化區(qū)。在情況持續(xù)惡化的情況下，軟化區(qū)會出現(xiàn)裂紋，進(jìn)而降低P92鋼的蠕變強(qiáng)度。就目前的情況看，焊接規(guī)范、預(yù)熱和焊后的熱處理等內(nèi)容都會影響焊接熱影響區(qū)的軟化程度。

1.3 焊接接頭脆化問題

在焊縫熔池金屬流動(dòng)性差和焊縫溫度過低的情況下，焊縫金屬會出現(xiàn)不均勻的問題，并引發(fā)偏析現(xiàn)象。如果焊縫熔池溫度過高，則又造成焊接接頭過熱區(qū)晶粒變大，進(jìn)而引起脆化。在熱區(qū)溫度超過1 100 ℃的情況下，焊接接頭晶粒長度增長較快，進(jìn)而發(fā)生脆化。此外，P92鋼本身具有含量較高的合金成分，因此，其遇到冷空氣時(shí)易脆化。

2 P92鋼焊接工藝性能試驗(yàn)研究

2.1 焊接裂紋試驗(yàn)研究

在進(jìn)行焊接裂紋試驗(yàn)研究時(shí)，可采用國產(chǎn)P92鋼為試驗(yàn)材料，并將6副試板分別在不預(yù)熱、50 ℃、100 ℃、120 ℃、150 ℃和200 ℃的預(yù)熱條件下焊接。而在得出產(chǎn)生裂紋和不產(chǎn)生裂紋的預(yù)熱溫度后，需要取兩個(gè)溫度的中間值試驗(yàn)，以獲得精確的預(yù)熱溫度。在試板焊接48 h后進(jìn)行PT檢測可發(fā)現(xiàn)，在預(yù)熱溫度≤120 ℃的情況下，試板的裂紋率為100%；預(yù)熱溫度>150 ℃的情況下，試板表面未出現(xiàn)缺陷。此外，因需要防止在焊接過程中出現(xiàn)硬脆馬氏體組織，P92鋼焊接工藝的預(yù)熱溫度不宜高于250 ℃。

2.2 熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)研究

進(jìn)行P92焊接熱影響區(qū)的最高硬度試驗(yàn)可有效評判鋼材淬穎和冷裂傾向。在試驗(yàn)中，需要使兩副試板分別在室溫和預(yù)熱溫度200 ℃下焊接。其中，室溫焊接的試板寬度為75 mm，200 ℃下焊接的試件板寬度為150 mm。對不預(yù)熱試件熱影響區(qū)硬度分布情況進(jìn)行觀測可發(fā)現(xiàn)，不預(yù)熱的試件熱影響區(qū)硬度比母材硬度高。此外，預(yù)熱試件熱影響區(qū)的硬度要明顯低于未預(yù)熱試件熱影響區(qū)的硬度，最高差值可達(dá)20HV10左右。

2.3 再熱裂紋試驗(yàn)研究

P92鋼焊接接頭的過熱區(qū)具有不同程度的再熱裂紋敏感性，想要消除應(yīng)力，就要進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)研究。在試驗(yàn)中，可采用斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法試驗(yàn)。具體而言，在焊接試件通過PT檢測后對經(jīng)焊熱處理的試件進(jìn)行取樣，在此基礎(chǔ)上，從每個(gè)試件上取5個(gè)有效的截面進(jìn)行再熱裂紋試樣形貌的宏、微觀檢查，如下圖1所示。從試驗(yàn)結(jié)果看，當(dāng)預(yù)熱溫度在710～790 ℃之間時(shí)，P92鋼不會出現(xiàn)再熱裂紋。

圖1 再熱裂紋試樣形貌

2.4 焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)研究

在對焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究時(shí)，可采取坡口形式的P92鋼材。在試驗(yàn)過程中，需對試板的彎曲強(qiáng)度、常溫拉力和沖擊強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試板的彎心直徑為48 mm，彎曲角度為180°。同時(shí)，常溫試驗(yàn)中的試樣完好，抗拉強(qiáng)度在645～675 MPa之間。此外，試板的沖擊強(qiáng)度也能滿足相關(guān)要求。因此，從試驗(yàn)結(jié)果看，在常溫條件下，P92鋼的力學(xué)性能可滿足產(chǎn)品制造的要求。

3 結(jié)束語

綜上所述，從P92鋼焊接工藝性能的多個(gè)試驗(yàn)結(jié)果可看出，想要防止焊接過程中出現(xiàn)冷裂紋，就需要在焊接前進(jìn)行200 ℃的工件預(yù)熱處理。同時(shí)，對于焊接接頭過熱區(qū)的再熱裂紋敏感性問題，需要在710～790 ℃的溫度條件下進(jìn)行P92鋼的熱處理，以免出現(xiàn)再熱裂紋傾向?？偠灾?，利用實(shí)際生產(chǎn)中的焊接工藝焊接P92鋼，焊接接頭的力學(xué)性能可滿足相應(yīng)的生產(chǎn)要求。

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〔編輯：張思楠〕