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1、9-12%Cr马氏体耐热钢的焊接技术和质量控制,范长信 西安热工研究院有限公司,目 录,第一部分 新型马氏体耐热钢焊接性分析 第二部分 P92钢焊接工艺研究 第三部分 焊接质量控制,第一部分 新型马氏体耐热钢焊接性分析,管道钢 F12、F11、P91、P92、P122、P911、NF12、SAVE12 日本转子钢TR1100、TR1500、TR1200、HR1200 日本转子钢TOS101、TOS107、TOS110 欧洲转子钢COST F、COST E、COST B 欧洲汽缸材料G-X12CrMoVNb 9 1、G-X12CrMoVNbN 10 1 1日本汽缸材料TOS 301、TOS 30
2、2、TOS 303,9-12Cr马氏体耐热钢家族,SC/USC用新型耐热钢依靠进口,国内无法生产SC/USC机组所需关键材料 从国外引进先进成熟材料是发展我国超超临界发电技术的最快捷和现实的途径,需要解决的问题,新型耐热钢的焊接、热处理等加工工艺； 新型电站用钢的使用性能，如高温长时力学性能、疲劳性能、抗蒸汽氧化、烟气腐蚀性能、运行条件下的组织变化规律进行全面研究； 金属监督、状态与寿命评估技术研究。 -如何获得质量合格的焊接接头，保证工程建设进度，满足机组长期安全运行，成为最为关键的技术难题之一,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Fe2（W 、Mo
3、）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：P91E911P92P122,马氏体耐热钢的性能特点,以P91为代表的9-12Cr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（ 许用应力 ）,P9260010万小时持久强度 1999年ASME锅炉和压力容器委员会批准将A335P92钢作为规范案例列入ASME A335材料标准（2000版 案例2179-3），持久强度为132MPa。但高温管道（主汽、
4、热段）设计依据的规范ASME B31.1至今还未将其纳入 2002年德国V 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；,焊接材料的选择,伯乐蒂森Themanit MTS 616 钢芯过渡 英国曼彻特Chromet 92 药皮过渡 法国液化空气AL Cromocord 92 药皮过渡 日铁住金 Niffefsu N616,焊接材料的选择,进行了如下试验 焊接工艺性能比较 回火参数与冲击功的关系 力学性能试验 AC1相变温度的测试 宏观和微观金相组织分析 各有千秋 对P92等的
5、焊接材料如果合金元素过渡方式不同，建议分别进行工艺评定,W,-Ferrite,焊缝：回火马氏体,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）,焊接过程中的自回火,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。,1,2,3,4,5,6,7,Holding time h,0,10,20,30,40,
6、50,60,70,CVN J, 4,0 mm; Pos. 3G up, 4,0 mm; Pos. 3G up,Influence of bead formation on impact properties at pwht 760C,weaved beads,stringer beads,焊后热处理,焊后热处理温度的确定 母材 AC1 焊材 AC1 母材最终热处理温度 试验结果 在接头性能满足要求的前提下，宜低,PWHT温度,厂家推荐的760+0-10不符合中国国情 提出现实的、安全的P92焊后热处理工艺参数,焊后热处理,建 议 P92钢PWHT温度60010 对每批焊接材料的AC1温度进行测
7、定，适当调整热处理温度，至少根据Mn+Ni含量进行适当调整；,H_011123,Heat control during welding and PWHT- condition for P 911 and P 92,第三部分 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,对P92焊接的几点认识,P92、P122钢从根本上来说与P91属于同类材料，有国内多年焊接P91的经验，P92的焊接同样可以成功实现； P92焊接与P91相比还是有一定难度，回旋的余地比较小，技术上应当采取更严格的措施； 日本出现的超超临界机组管道事故提醒我们更应当重视焊接质量
8、，重视高温管道的金属监督。,采取措施,让一线工作人员（焊工、热处理工）理解每一个每一个质量控制点的重要性，施工单位要严格按工艺施工，将评定通过的工艺正确无误地移植到施工中； 业主、监理、监督单位要加强过程质量监督管理，除了工艺执行情况，还要重点检查热处理设备表计的检定情况，并进行适当的抽检； 在正式施工前的焊工考试过程中安排试验，进一步提高接头的性能； 重视焊后热处理的技术水平提高。,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落后的设备和技术,减小内外壁的温差； 减小热应力和弯曲变形； 减小轴向温度梯度
9、；,人员方面,辅助工种； 协助工； 培训不到位； 对热处理工作重要性认识不够。,设备方面,热处理控制柜没有温度自动补偿系统； 表计校准不够甚至不校； ,热电偶安装及接线,铁丝绑扎热电偶 补偿导线 接线问题 ,建议对P91、P92管道表面压焊热偶丝进行可行性评估 推荐采用ASTM方法焊接 热偶表面的有效隔热。,规程方面,DL 升温、降温速度，一般可按250X25/壁厚(/h)计算，且不大于300 /h。 6.0.7 热处理的加热宽度，从焊缝中心算起，每侧不小于管子壁厚的3倍，且不小于60 mm。 6.0.8 热处理时的保温宽度，从焊缝中心算起，每侧不得小于管子壁厚的5倍，以减少温度梯度。 6.0
10、.9 热处理的加热方法，应力求内外壁和焊缝两侧温度均匀，恒温时在加热范围内任意两测点间的温差应低于50,国外 考虑壁厚、管径 上海交大 5RT,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和弯曲的要求？,焊缝的P-V曲线,当R样焊缝的硬度达到270HB时，焊缝的冲击功仅为19J，同时断裂韧度试验的P-V曲线在直线段最大载荷点时突然断裂，呈明显的脆断。断裂韧度的低下必然导致焊缝容限裂纹尺寸的减小。,再热器连接管弯头 HB350 400,过热器三通 HB120150 400,过热器连接管弯头 HB
11、160 400,过热器连接管弯头 HB165 400,金相照片及硬度（P91）,P92钢 硬度HB260-302 金相、弯曲、拉伸均合格 焊缝冲击功18-28J（29),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。,宽松的验收标准掩盖了热处理中存在的问题； 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； 国内目前电力建设行业目前最突出的问题如何解决热处理质量，需要有一次热处理技术的革命！相关人员的观念要改变，9-12%钢的焊接技术控制要求与低合金钢有质的差别，几十年来习惯的干法不一定都是正确的。 工艺评定不能暴露焊材、工艺中的一些细节问题，国内还需要进行一些专项研究进一步改进焊接工艺。,谢 谢！,
