馬氏體耐熱鋼的焊接技術和質(zhì)量控制課件

9-12%Cr馬氏體耐熱鋼的焊接技術和質(zhì)量控制范長信西安熱工研究院有限公司目錄第一部分新型馬氏體耐熱鋼焊接性分析第二部分P92鋼焊接工藝研究第三部分焊接質(zhì)量控制第一部分新型馬氏體耐熱鋼焊接性分析管道鋼F12、F11、P91、P92、P122、P911、NF12、SAVE12日本轉子鋼TR1100、TR1500、TR1200、HR1200日本轉子鋼TOS101、TOS107、TOS110歐洲轉子鋼COSTF、COSTE、COSTB歐洲汽缸材料G-X12CrMoVNb91、G-X12CrMoVNbN1011

日本汽缸材料TOS301、TOS302、TOS3039-12％Cr馬氏體耐熱鋼家族SC/USC用新型耐熱鋼依靠進口國內(nèi)無法生產(chǎn)SC/USC機組所需關鍵材料從國外引進先進成熟材料是發(fā)展我國超超臨界發(fā)電技術的最快捷和現(xiàn)實的途徑需要解決的問題新型耐熱鋼的焊接、熱處理等加工工藝；新型電站用鋼的使用性能，如高溫長時力學性能、疲勞性能、抗蒸汽氧化、煙氣腐蝕性能、運行條件下的組織變化規(guī)律進行全面研究；金屬監(jiān)督、狀態(tài)與壽命評估技術研究。------如何獲得質(zhì)量合格的焊接接頭，保證工程建設進度，滿足機組長期安全運行，成為最為關鍵的技術難題之一

運行組織穩(wěn)定性位錯密度的降低；E911、P92、P122由于含W，容易析出Fe2（W、Mo）Laves相；P122中的Cu促進Laves相的析出；蠕變中后期Z相Cr(Nb,V)N析出；

穩(wěn)定性：P91>E911>P92>P122馬氏體耐熱鋼的性能特點以P91為代表的9-12％Cr馬氏體鋼具有良好的綜合性能（高溫強度、韌性等）；馬氏體鋼與常規(guī)的低合金耐熱鋼的顯著差別是性能對組織異常敏感，制造、安裝和運行中導致的組織波動都會導致性能的較大變化。高溫持久強度（許用應力）P92－600℃10萬小時持久強度

1999年ASME鍋爐和壓力容器委員會批準將A335P92鋼作為規(guī)范案例列入ASMEA335材料標準（2000版案例2179-3），持久強度為132MPa。但高溫管道（主汽、熱段）設計依據(jù)的規(guī)范ASMEB31.1至今還未將其納入2002年德國V&M公司已進行到7萬h蠕變試驗，外推的持久強度比ASME案例中的值低約10%ECCC2005年持久強度評價值為113MPa，較ASME案例中的值低約14%P122－許用應力(MPa)

575℃600℃625℃

ASME1078361METI1008565SHC1006846

西安會議超超臨界主汽管材料會議紀要

服役期期間沖沖擊功功的變變化P122：：100－－125JP92：150JE911：：180JP91：240J運行1萬小小時后后40J運行后后70J運行后后60J運行后后180J含W鋼鋼的沖沖擊功功在一一萬小小時內(nèi)內(nèi)下降降顯著著，之之后趨趨于穩(wěn)穩(wěn)定，，對母母材尚尚能滿滿足使使用要要求。。對焊焊接接接頭需需要有有一定定韌性性的儲儲備。。新型馬馬氏體體耐熱熱鋼焊焊接性性分析析焊接接接頭的的脆化化●粗晶組組織引引起●導致接接頭的的韌性性降低低－－在在焊接接過程程中應應使用用較低低的焊焊接線線能量量－－E=60UI/V(J/cm新型馬馬氏體體耐熱熱鋼焊焊接性性分析析熱影響響區(qū)的的軟化化●AC1~AC3之間間部分分奧氏氏體化化，沉沉淀強強化相相不能能夠完完全溶溶解在在奧氏氏體中中，粗粗化，，強度度降低低?！褴浕瘜Χ虝r時高溫溫拉伸伸強度度影響響不大大，但但降低低持久久強度度，產(chǎn)產(chǎn)生ⅣⅣ型裂裂紋。。Ⅰ型蠕蠕變裂裂紋：：發(fā)生生在焊焊縫中中的蠕蠕變裂裂紋Ⅱ型蠕蠕變裂裂紋：：發(fā)生生在焊焊縫中中的蠕蠕變裂裂紋向向焊接接熱影影響區(qū)區(qū)擴展展Ⅲ型蠕蠕變裂裂紋：：發(fā)生生在粗粗晶區(qū)區(qū)的蠕蠕變裂裂紋(再熱裂裂紋)Ⅳ型蠕變裂裂紋：：發(fā)生生在細細晶粒粒軟化化區(qū)的的蠕變變裂紋紋Ⅴ型蠕變裂裂紋：：發(fā)生生在熔熔合區(qū)區(qū)的蠕蠕變裂裂紋Ⅵ型蠕變裂裂紋：：發(fā)生生在母母材應應力集集中處處的疲疲勞裂裂紋焊接接接頭蠕蠕變裂裂紋的的分類類ⅥⅤ熔合區(qū)區(qū)裂紋紋疲勞裂裂紋P91集箱箱與P91端蓋蓋環(huán)焊焊縫焊焊接熱熱影響響區(qū)發(fā)發(fā)生Ⅳ型開裂裂運行行：：3.65萬小小時冷啟動動：72次次熱啟動動：469次P91、P92、E911、、P122均有有IV開裂裂敏感感性；；IV型型開裂裂的破破壞性性很大大；－設計計上考考慮余余量；；－焊接接工藝藝優(yōu)化化－－焊接線線能量量不宜宜大，，預熱熱溫度度不能能過高高等；－管系系支吊吊調(diào)整整、早早期診診斷可可減小小風險險。新型馬馬氏體體耐熱熱鋼焊焊接性性分析析焊接冷冷裂紋紋（延延遲裂裂紋））●冷卻過過程中中在Ms點點以下下或更更低的的溫度度范圍圍內(nèi)形形成●三要素素：淬淬硬組組織、、氫元元素、、應力力●冷裂紋紋敏感感性T23→P22→P122→→P91→→P22－－預預熱及及層間間溫度度低氫型型焊條條，嚴嚴格烘烘培和和保溫溫工藝藝；盡量減減少拘拘束度度；消氫或或及時時熱處處理。焊接接接頭的的化學學成分分保證綜綜合性性能提高可可焊性性合金元元素的的作用用和優(yōu)優(yōu)化控控制焊接材材料開開發(fā)商商完成成焊接接接頭的的組織織新型馬馬氏體體耐熱熱鋼的的組織織包括括焊接接接頭頭的組組織均均為馬馬氏體體馬氏體體板條條的位位向、、大小小、原原奧氏氏體晶晶粒度度、碳碳化物物的類類型、、形狀狀、分分布等等在BM、、HAZ、、WM的分布布有或或大或或小的的差異異

P92焊接接頭PWHT（740℃×4h）后的宏觀和微觀組織形貌

P92焊接接頭焊縫金屬的TEM像ａ）焊態(tài)ｂ）PWHT焊接接接頭的的蠕變變性能能焊縫金金屬的的蠕變變斷裂裂強度度低于于母材材隨著持持久斷斷裂時時間的的增加加，焊焊縫金金屬的的蠕變變斷裂裂強度度與母母材的的差距距越來來越大大高溫蠕蠕變試試驗的的失效效位置置多在在HAZ的外外側，，即靠靠近母母材的的HAZ，，軟軟化區(qū)區(qū)焊接接接頭的的失效效模式式受控控于HAZ第二部部分P92鋼焊焊接工工藝研研究馬氏體體耐熱熱鋼的的焊接接F11、F12本身身成分分設計計上有有缺陷陷，導導致焊焊接困困難；；后續(xù)的的9-12％Cr馬馬氏體體鋼通通過合合金成成分優(yōu)優(yōu)化焊焊接性性能有有較大大幅度度的改改善；；P91國內(nèi)內(nèi)已經(jīng)經(jīng)應用用10余年年，在在其焊焊接方方面已已經(jīng)積積累了了豐富富的經(jīng)經(jīng)驗；；《T91/P91鋼鋼焊接接工藝藝導則則》是是國內(nèi)內(nèi)P91鋼鋼的焊焊接技技術的的里程程碑。。P91基礎礎上開開發(fā)的的P92、、P911、P122等等新鋼鋼種在在焊接接上沒沒有本本質(zhì)的的區(qū)別別；國內(nèi)對對這類類鋼的的焊接接還存存在什什么問問題？？特殊性性在哪哪里？？新型馬馬氏體體需要要什么么樣的的焊接接接頭頭？沒有焊焊接缺缺陷；；組織以以回火火馬氏氏體為為主，，合理理的析析出相相數(shù)量量、尺尺寸、、分布布；異異常組組織的的控制制（delta－鐵鐵素體體、過過度回回火組組織等等）；；與母材材的合合理的的強度度匹配配；足夠的的韌性性儲備備，以以應對對運行行中的的脆化化。關注焦焦點－－焊接接接頭頭的性性能隨著技技術進進步，，大多多數(shù)的的高溫溫焊接接接頭頭中已已不存存在影影響使使用安安全性性的宏宏觀缺缺陷中間探探傷規(guī)規(guī)定是是否合合理？？關注組組織的的不均均勻性性和由由此引引起的的性能能不均均勻性性存在強強度或或大或或小、、塑性性或高高或低低的區(qū)區(qū)域，，在使使用用過程程中發(fā)發(fā)生早早期失失效強度或或塑性性不足足不同的的蠕變變速率率，導導致接接頭中中應力力的錯錯配P92鋼由由于W的加加入，，抗回回火能能力有有所提提高，，焊縫縫沖擊擊功更更難以以提高高，而而運行行中沖沖擊功功的降降低又又更明明顯，，合理的的韌性性值和和韌性性儲備備是必必要的的，同時時又要要考慮慮蠕變變性能能，二二者兼兼顧，，不能能一味味追求求高沖沖擊功功P92鋼焊焊縫Ak不不得低低于41為為宜影響焊焊縫金金屬韌韌性的的因素素焊接方方法的的影響響（氧氧含量量）通常GTAW＞SMAW＞＞SAW化學成成分的的影響響預熱、、層間間溫度度的影影響焊接線線能量量的影影響焊后熱熱處理理的影影響焊接材材料的的選擇擇與母材材的成成分匹匹配;質(zhì)量的的穩(wěn)定定（AC1的波動動等））；焊接工工藝性性能與母材材的物物理性性能的的匹配配(如如相變變點);雜質(zhì)(S、、P、、As、Ab等等）的的控制制；長期蠕蠕變數(shù)數(shù)據(jù)的的多寡寡；合金元元素的的過渡渡方式式；焊接材材料的的選擇擇伯樂蒂蒂森ThemanitMTS616鋼芯過過渡英國曼曼徹特特Chromet92藥皮過過渡法國液液化空空氣ALCromocord92藥皮過過渡日鐵－－住金金NiffefsuN616焊接材材料的的選擇擇進行了了如下下試驗驗焊接工工藝性性能比比較回火參參數(shù)與與沖擊擊功的的關系系力學性性能試試驗AC1相變溫溫度的的測試試宏觀和和微觀觀金相相組織織分析析－－各各有千千秋－－對對P92等等的焊焊接材材料如如果合合金元元素過過渡方方式不不同，，建議議分別別進行行工藝藝評定定Wδ-Ferrite焊縫：：回火火馬氏氏體焊接工工藝的的探討討工藝1：焊焊道寬寬、焊焊接電電流偏偏上限限、焊焊接速速度高高；工藝2：焊焊道偏偏窄、、薄、、焊接接電流流偏下下限，，但焊焊接速速度低低。（（相對對1而而言））焊接過過程中中的自自回火火國內(nèi)傾傾向于于采用用第二二種工工藝，，實踐踐證明明能明明顯提提高焊焊縫韌韌性，，但熔熔敷金金屬試試驗表表明，，容易易導致致3.2、、2.4mm焊焊條的的焊縫縫金屬屬強度度達不不到要要求，，說明明反復復“回回火””降低低了強強度；；國國外多多采用用第一一種工工藝，，由于于焊接接速度度高，，線能能量也也不高高，沖沖擊韌韌性也也較高高；建議國內(nèi)內(nèi)對兩種種工藝進進行系統(tǒng)統(tǒng)的對比比研究。。1234567Holdingtime[h]010203040506070CVN[J]?4,0mm;Pos.3Gup?4,0mm;Pos.3GupInfluenceofbeadformationonimpactpropertiesatpwht760°Cweavedbeadsstringerbeads焊后熱處處理焊后熱處處理溫度度的確定定母材AC1焊材AC1母材最終終熱處理理溫度試驗結果果在接頭性性能滿足足要求的的前提下下，宜低低PWHT溫度廠家推薦薦的760+0-10℃不符合合中國國國情提出現(xiàn)實實的、安安全的P92焊焊后熱處處理工藝藝參數(shù)焊后熱處處理建議議P92鋼鋼PWHT溫度度600±10℃對每批焊焊接材料料的AC1溫度進行行測定，，適當調(diào)調(diào)整熱處處理溫度度，至少少根據(jù)Mn+Ni含量量進行適適當調(diào)整整；H_011123HeatcontrolduringweldingandPWHT-conditionforP911andP92Time02004006008001000Temperature[°C]250-300°C760°CHeatingrate80-120°C/hCoolingrate100-150°C/h

<400°Ccoolinginstillair+10-10slowcoolingrate20-100°C···preheatingweldingandsoakingnecessarycoolingdownafterweldingorsoaking2-4h··第三部分分焊接質(zhì)量量控制焊接質(zhì)量量控制包包括焊接材料料－焊接接工藝－－焊后熱熱處理任何一個個環(huán)節(jié)的的失誤都都會導致致質(zhì)量的的失控對P92焊接的的幾點認認識P92、、P122鋼從從根本上上來說與與P91屬于同同類材料料，有國國內(nèi)多年年焊接P91的的經(jīng)驗，，P92的焊接接同樣可可以成功功實現(xiàn)；；P92焊焊接與P91相相比還是是有一定定難度，，回旋的的余地比比較小，，技術上上應當采采取更嚴嚴格的措措施；日本出現(xiàn)現(xiàn)的超超超臨界機機組管道道事故提提醒我們們更應當當重視焊焊接質(zhì)量量，重視視高溫管管道的金金屬監(jiān)督督。采取措施施讓一線工工作人員員（焊工工、熱處處理工））理解每每一個每每一個質(zhì)質(zhì)量控制制點的重重要性，，施工單單位要嚴嚴格按工工藝施工工，將評評定通過過的工藝藝正確無無誤地移移植到施施工中；；業(yè)主、監(jiān)監(jiān)理、監(jiān)監(jiān)督單位位要加強強過程質(zhì)質(zhì)量監(jiān)督督管理，，除了工工藝執(zhí)行行情況，，還要重重點檢查查熱處理理設備表表計的檢檢定情況況，并進進行適當當?shù)某闄z檢；在正式施施工前的的焊工考考試過程程中安排排試驗，，進一步步提高接接頭的性性能；重視焊后后熱處理理的技術術水平提提高。目前的現(xiàn)現(xiàn)場熱處處理存在在的問題題施工單位位對熱處處理工的的工作重重要性缺缺乏認識識；電廠的運運行采用用了最先先進的控控制系統(tǒng)統(tǒng)，但國國內(nèi)電廠廠建設中中熱處理理卻采用用了落后后的設備備和技術術減小內(nèi)外外壁的溫溫差；減小熱應應力和彎彎曲變形形；減小軸向向溫度梯梯度；人員方面面輔助工種種；協(xié)助工；；培訓不到到位；對熱處理理工作重重要性認認識不夠夠。設備方面面熱處理控控制柜沒沒有溫度度自動補補償系統(tǒng)統(tǒng)；表計校準準不夠甚甚至不校校；……熱電偶安安裝及接接線鐵絲綁扎扎熱電偶偶補償導線線接線問題題……建議對P91、、P92管道表表面壓焊焊熱偶絲絲進行可可行性評評估推薦采用用ASTM方法法焊接熱偶表面面的有效效隔熱。。規(guī)程方面面DL升溫、降降溫速度度，一般般可按250X25/壁厚(℃/h)計算算，且不不大于300℃℃/h。6.0.7熱熱處理的的加熱寬寬度，從從焊縫中中心算起起，每側側不小于于管子壁壁厚的3倍，且且不小于于60mm。。6.0.8熱熱處理時時的保溫溫寬度，，從焊縫縫中心算算起，每每側不得得小于管管子壁厚厚的5倍倍，以減減少溫度度梯度。。6.0.9熱熱處理的的加熱方方法，應應力求內(nèi)內(nèi)外壁和和焊縫兩兩側溫度度均勻，，恒溫時時在加熱熱范圍內(nèi)內(nèi)任意兩兩測點間間的溫差差應低于于50℃℃國外考慮壁厚厚、管徑徑上海交大大5√RT項目修正計算值國內(nèi)規(guī)程計算值均溫區(qū)寬度加熱帶寬度保溫層寬度均溫區(qū)寬度加熱帶寬度保溫層寬度主汽管道140.47682.351145459.6579.6806.47主汽連通管133.91566.26905.5348468613.91高旁入口133.91566.26905.5348468613.91熱再熱132.42680.711229322.56442.56570.02低旁入口127.88557.91963245.16365.16442.58冷再熱126.9676.51226228.6348.6434.3P122149.42858.6015336127321069.4工藝評定127.57500.10782240360440規(guī)程中對對P91焊接接接頭的硬硬度要求求（<Min（（350，母材材硬度＋＋100）是否否合理？？試問有有誰在工工藝評定定中的P91焊焊縫硬度度高達HB300以上上又同時時滿足沖沖擊功和和彎曲的的要求？？試樣編號試樣名稱HBS10／3000熔合區(qū)焊縫熱影響區(qū)D1、D2焊接接頭199、214199、214186、195R1、R2焊接接頭209、219274、285215、215管樣名稱焊縫位置試樣號沖擊功AKV/J試樣1試樣2試樣3平均值D樣焊縫DH1~39491117101熔合區(qū)DR1~313092120114熱影響區(qū)DY1~31809185119R樣焊縫RH1~318182219熔合線RR1~333191723熱影響區(qū)RY1~3981019096焊縫的P-V曲線當R樣焊焊縫的硬硬度達到到270HB時時，焊縫縫的沖擊擊功僅為為19J，同時時斷裂韌韌度試驗驗的P-V曲線在直直線段最最大載荷荷點時