P91钢的发展应用及其焊接性综述.doc

t91/p91钢的发展应用及其焊接性综述                          作者：郑元生 钟涛 韩彦朝 刘立新 摘要本文对t91/p91钢的概况、发展现状、焊接过程后产生裂纹与冲击韧性下降的问题进行了综述和分析。就如何焊接缺陷和裂纹等问题进行了初步的讨论,并且对国内t91/p91生产的现状和存在的问题进行了,为如何获得优质的焊接接头进行了总结,希望为我国电力大直径厚壁管的焊接提供。 关键词t91/p91 焊接性 冲击韧性 当今火力发电锅炉机组以大容量、高参数、超临界为发展趋势。为确保机组设备安全、可靠运行,提高生产效率和效益,满足高温、高压管道的需要,但热强性高、工艺性好、价格低廉材料的开发则是最关键的问题。p91钢具有高温持久强度和抗蠕变断裂性能,与 t22(10crmo910)钢相比在相同使用温度和压力的条件下,管壁厚减薄50 %;与奥氏体钢相比,膨胀系数较小、热传导性好,热裂纹倾向小,价格也相对便宜,使得p91钢成为高温过热器联箱、主蒸汽管道等高温、高压管道的首选及替代钢种。无论是使用性能,还是经济性,p91都表现出了它的优越性,其使用量也正在不断增加。但国内对其焊接工艺还处于研究和完善阶段,其个别性能指标不理想,如常温下的冲击韧性偏低。因此,研究和开发适合的焊接工艺和焊后热处理工艺,对指导焊工培训和现场焊接需要,具有重要的现实意义和经济价值。 一、 t91/p91钢的主要性能 t91/p91钢是一种改进的9cr-1mo钢,它是在9cr-1mo钢的基础上通过添加 v、nb、n等合金元素,采用纯净化、细晶化冶金技术。以及微合金化和控轧、控冷等工艺。开发出的新一代中合金耐热马氏体钢。其常温下屈服强度s415mpa,抗拉强度b585mpa,断面收缩率20,硬度hb250。t91/p91钢在正火并经730760回火热处理后,金相组织呈典型的马氏体骨架结构,导致 m23c6 铬碳化物沉淀在马氏体骨架的边缘,并形成mx形的v/nb碳氮化物。在较粗的m23c6 碳化物及内部较细的沉淀转换成细箔之后,会发现次微粒内较大的错位密度,这种高位错密度的细次晶粒结构是t91/p91具有高温蠕变强度的决定因素。房娟、周爱军通过对接焊缝、采用氩弧焊+埋焊(gtaw+saw),经732766,保温时间240min热处理获得b660mpa,焊缝维氏硬度hv10183。 二、 t91/p91钢的发展背景与研究现状 20世纪 70年代美国在实验室改进原有的 9crl-1mo钢,80年代初确定改良型钢为 t91 /p91钢。接着 1983年 t91 /p91钢获美国 as me认可 , 80年代末德国从 f12钢转向使用 t91 /p91钢,90年代初日本大力推广 t91 /p91钢。目前世界主要生产锅炉管和大直径厚壁管的钢厂,均已完成了t91 /p91钢化生产研究。其中日本、德国、法国等国家的钢厂已向全世界供应 t91 /p91钢管。 到目前为止,国外进口的焊接材料主要品牌有:英国曼切特、日本神钢、美国阿克斯、瑞典伊萨、美国华盛顿、法国沙福等。八十年代后期,我国也开始对p91的生产及焊接进行了初步的研究,并且取得一定进展,但与国外生产厂家相比还有一定的距离。经过20年多年对t91/p91钢的研究和开发,证明工作温度在550650时,仍具有较好的综合性能,所以,在相等内径情况下,可显著减少钢管壁厚和重量。在550、25mpa压力下钢管壁厚及重量减少更为优良。由于壁厚及重量的减少,无论是钢管的支撑部件、装备总重量还是装备所占用的空间都大为减少,具有良好的经济性,因此,t91/p91钢在火力发电机组工件使用中具有非常宽广的应用前景。 目前,国内对t91/p91的研究主要集中在焊接工艺、焊接接头冲击韧性、焊接脆性、焊后热处理和焊接热影响区等方面。 1.t91/p91钢的焊接性 (1)裂纹倾向 在实际生产中,焊接过程中产生的裂纹是焊件安全工作过程中最大的隐患。p91钢具有较高的高温蠕变断裂强度,低的热膨胀性,良好的导热性,较好的加工性和抗氧化性能。但是p91钢是中高合金,合金元素总含量大于 13%,导致ms点升高,使焊缝组织即使在空冷条件下也会得到马氏体,这说明该钢材的淬硬倾向大,冷裂纹敏感性强。当p91钢在不预热条件下进行焊接时,不论用手工电弧焊或钨极氩弧焊在焊接接头的表面或内部,产生裂纹的机率是100%,可以说 p91具有较大的冷裂纹倾向。冷裂纹产生的因素有三个:一是 p91钢属于空冷马氏体钢,在组织上有敏感性;二是在焊后的马氏体转变中,氢以过饱和状态残留在马氏体中,促使该区域进一步脆化;三是由于焊后的马氏体相变,使接头处的组织应力增大。这三个因素的共