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1、热处理工艺对SA213-T23焊接接头性能的影响广东火电工程总公司毛允娴（广州510730 ）摘要：T23是日前我国火力发电厂引进的新型钢种，广泛用于锅炉过 热器、再热器管道，本文通过对T23管材采用不同的焊接工艺进行试 验，对比分析不同预热及焊后热处理温度下焊缝的性能，分析焊接工 艺对其使用性能的影响。关键词：热处理工艺；SA213-T23；焊接接头性能；影响Key Word: heat treatment； SA213-T23； weld joint properties； influence 1刖言为提高能源利用率，电站机组的容量和参数越来越高，特别是90年 代中期以来，随着世界范围钢铁
2、冶炼技术的革命性进步，我国水电和 火电建设的重要结构和部件采用了不少新的钢种，SA213-T23就是其 中的一种。T23是由T22改良发展而来的，它是在丁22化学成分的基 础上添加1.6%的钨（W），减少0.20%的钼（Mo）和0.040.10%的碳（C） 含量，以及增加少量帆（V）、铌（Nb）、镍（Ni）和硼（B）成分形 成的。依赖于这些特殊元素的加入以及适当的热处理，正火+回火、 淬火+回火，T23钢的蠕变强度和许用应力都大幅度地提高。T23这类新材质日前已广泛应用到电站的水冷壁、过热器等部件，由 于减少了碳含量，改善了 T23的焊接性能，有资料显示，在小管焊接 中不用预热和热处理，仍能确
3、保T23钢在生产和运行中始终保持良好 稳定的抗蠕变特性。由于T23是新钢种，其焊接工艺仍在探索阶段， 国内目前对其焊接及热处理工艺尚无权威定论。为了找到较适合的焊 接工艺方案，我们针对T23小管焊接通过采用了不同的方案，对比预 热、焊后热处理对T23焊接工艺及使用性能的影响，在焊接试验中进 一步验证文献中的有关结论。2 T23钢材焊接性分析T23钢材化学成分如表1所示：表1 T23钢材化学成分钢号CMnSiSPCrMoVWCbBNAlT0.040.10Max.Max.Max.1.90.050.201.450.020.0005Max.Max.20.10.60.500.010.032.0.30.3
4、1.70.00.0060.030.033000060058000ASME标准中SA213-T23钢属于2T/4CrT.6W-Mo系列钢材，属于低 碳微合金化的控轧钢和细品粒钢，经正火+回火供货状态下T23钢的 微观组织为回火贝氏体一马氏体及优化处理后的沉淀析出物，因含碳 量低（碳被限制在0.10%左右或0.10%以下），且严格控制含硫、磷 量，减少形成裂纹的倾向，同时加入了钒（V）、铌（Nb）、镍（Ni） 和硼（8）等微合金化元素，供货状态下其金相组织的特点是品粒细 小均匀，提高了材料的高温蠕变强度和许用应力。比较以往电站水冷壁大多数选用20g而言，T23钢较大幅度地减少了 碳含量，提高了焊接
5、性，有利于降低焊接热影响区硬度值。T23中添 加了大量微合金元素，其中与碳亲和力较强的合金元素（如钒元素）， 因为材料中碳含量已受到严格控制，除部分与C形成VC外，其余以 原子状态溶入固熔体起到固熔强化的作用；与碳亲和力较弱的元素（如Mn、Cr、W、Mo等），由于Cr、W含量较高将形成特殊的化合物， 如Cr7C3或（Fe、Cr）7C3、WC或（Fe、W）6C，形成合金渗碳体起 到弥散硬化、增加强度和硬度的作用。根据以上分析，T23在焊接过程中要注意控制焊接线能量的输入，选 用适当的焊接电流和焊接速度，并控制层间温度，防止合金元素的烧 损，同时选用相匹配的焊接材料进行焊接，在焊接过程中能起到渗合
6、 金作用，以弥补合金元素的损失，保证焊缝微观组织和力学性能。3焊接工艺试验方案由于T23主要用于电站水冷壁、过热器部件，为 使试验具有实用性和参考价值，我们针对T23小管进行试验，且采取 用手工钨极氩弧焊方法，与实际工程施工相对应。为分析、对比不同 预热及热处理工艺对T23小管氩弧焊焊接接头性能的影响，我们进行 了一组对比试验，该组对比试验是在材质、焊接材料的选用、坡口形 式、焊接位置、工艺参数等条件均基本一致的情况下，通过采用不同 预热及热处理工艺，比较各性能指标的差异。3. 1焊接工艺试验基本条件如下：材质：SA213-T23规格： 48X7mm焊接位置：垂直固定（2G）焊 接方法：手工钨
7、极氩弧焊焊接材料：TGS-2CW （ 2.4mm）日本三菱公司生产保护气体：氩气（氩气纯度N99.95%）、氩气流量810L/min焊机：INVERTIC-I-300坡口形式：如图1所示。图1焊缝坡口尺寸管口在组对前应对母材内外壁每侧1015mm范围内的油、漆、垢、锈 等清理干净，直至露出金属光泽。焊口组对尺寸如图1所示，并应尽量使内壁齐平。焊材化学成分如表2。表2 TGS-2CW焊丝化学成分牌号CMnSiSPCrMoVWCuBNBAlTGS-0.0.0.0.00.02.0.0.1.0.0.2CW064840070645503325110.01030.013. 2预热及热处理方案的选择进彳丁二
8、组对比试验，每组方案的基本试验条件均相同，只是在是否预 热、有无焊后热处理方面有所差异，经查有关资料，T23的Ac1温度 范围为800820C，并参考有关热处理规范要求，确定焊后热处理 温度为715735C。具体方案设置如表3：表3不同方案热处理参数对比名称预热（C）层间温度（笆）焊后热处理（C）恒温时间方案1150200W350N/A方案2N/AW350715735C0.75H方案3150200W350715735C0.75H4实验过程4. 1选择有经验的、焊接质量稳定的焊工作为工艺试验操作者。4. 2每组方案各焊制3个焊口进行相关检验。4. 3焊接前制定详细的焊接工艺试验方案，确定焊接工艺
9、参数参考 值，明确注意事项，并严格按工艺试验方案要求进行施焊。4. 4焊接预热方法可采用火焰加热，预热温度及层间温度用专用测 温笔进行控制。4. 5各方案的焊接工艺参数记录值如表46。表4方案1焊接工艺参数焊层焊道焊接方法极性电流(A)电压范围(V)焊接速度范围(mm/min )焊接线能量1GTAW正接981051112505511.715.12/1-2GTAW正接981051112557511.713.73/1-2GTAW正接1161201112485214.7184/1-2GTAW正接1161201112445813.218.9表5方案2焊接工艺参数焊层焊道 焊接方法 电流范围电压范围(V
10、)焊接速度范围(mm/min)焊接线能量极性电流(A)1 GTAW 正接 105115 1112 5055 12.616.62/1-2 GTAW正接1051151112607011.513.83/1-2 GTAW正接1051151112556011.515.54/1-2 GTAW正接1051151112456011.518.4表6方案3焊接工艺参数The Influence of Heat Treatment to SA213-T23 Weld Joint Properties广东火电工程总公司毛允娴（广州510730 ）摘要：T23是目前我国火力发电厂引进的新型钢种，广泛用于锅炉过 热器、再
11、热器管道，本文通过对T23管材采用不同的焊接工艺进行试 验，对比分析不同预热及焊后热处理温度下焊缝的性能，分析焊接工 艺对其使用性能的影响。关键词：热处理工艺；SA213-T23；焊接接头性能；影响Key Word: heat treatment； SA213-T23； weld joint properties； influence1刖言为提高能源利用率，电站机组的容量和参数越来越高，特别是90年 代中期以来，随着世界范围钢铁冶炼技术的革命性进步，我国水电和 火电建设的重要结构和部件采用了不少新的钢种，SA213-T23就是其 中的一种。T23是由T22改良发展而来的，它是在丁22化学成分的
12、基 础上添加1.6%的钨（W），减少0.20%的钼（Mo）和0.040.10%的碳（C） 含量，以及增加少量钒（V）、铌（Nb）、镍（Ni）和硼（B）成分形 成的。依赖于这些特殊元素的加入以及适当的热处理，正火+回火、 淬火+回火，T23钢的蠕变强度和许用应力都大幅度地提高。T23这类新材质目前已广泛应用到电站的水冷壁、过热器等部件，由 于减少了碳含量，改善了 T23的焊接性能，有资料显示，在小管焊接 中不用预热和热处理，仍能确保T23钢在生产和运行中始终保持良好 稳定的抗蠕变特性。由于T23是新钢种，其焊接工艺仍在探索阶段， 国内目前对其焊接及热处理工艺尚无权威定论。为了找到较适合的焊 接工
13、艺方案，我们针对T23小管焊接通过采用了不同的方案，对比预 热、焊后热处理对T23焊接工艺及使用性能的影响，在焊接试验中进 一步验证文献中的有关结论。2 T23钢材焊接性分析T23钢材化学成分如表1所示：表1 T23钢材化学成分钢号 C Mn Si S P Cr Mo V W Cb B N AlT23 0.040.10 0.100.60 Max.0.50 Max.0.010 Max.0.030 1.92.60.050.30 0.200.301.451.75 0.020.08 0.00050.0060Max.0.030 Max.0.030ASME标准中SA213-T23钢属于2T/4CrT.6W
14、-Mo系列钢材，属于低 碳微合金化的控轧钢和细品粒钢，经正火+回火供货状态下T23钢的 微观组织为回火贝氏体一马氏体及优化处理后的沉淀析出物，因含碳 量低（碳被限制在0.10%左右或0.10%以下），且严格控制含硫、磷 量，减少形成裂纹的倾向，同时加入了钒（V）、铌（Nb）、镍（Ni） 和硼（8）等微合金化元素，供货状态下其金相组织的特点是品粒细 小均匀，提高了材料的高温蠕变强度和许用应力。比较以往电站水冷壁大多数选用20g而言，T23钢较大幅度地减少了 碳含量，提高了焊接性，有利于降低焊接热影响区硬度值。T23中添 加了大量微合金元素，其中与碳亲和力较强的合金元素（如钒元素）， 因为材料中碳含量已受到严格控制，除部分与C形成VC外，其余以 原子状态溶入固熔体起到固熔强化的作用；与碳亲和力较弱的元素（如Mn、Cr、W、Mo等），由于Cr、W含量较高将形成特殊的化合物， 如Cr7C3或（Fe、Cr）7C3、WC或（Fe、W）6C，形成合金渗碳体起 到弥散硬化、增加强度和硬度的作用。根据以上分析，T23在焊接过程中要注意控制焊接线能量的输入，选 用适当的焊接电流和焊接速度，并控制层间温度，防止合金元素的烧 损，同时选用相匹配的焊接材料进行焊接，在焊接过程中能起到渗合 金作用，以弥补合金元素的损失
