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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