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T91/P91鋼的焊接性及其焊接工藝

T91/P91鋼的焊接性及其焊接工藝

介紹了T9l／P91鋼的研發(fā)過(guò)程，分析了該鋼焊接性主要問(wèn)題，探討了該鋼焊接工藝要點(diǎn)及其應(yīng)用。結(jié)果表明，T9l／P91新型鋼種以其一系列優(yōu)良的使用性能，在高參數(shù)火力發(fā)電機(jī)組高溫管道上獲得了廣泛的應(yīng)用。該鋼焊接性的主要問(wèn)題是冷裂紋敏感性較強(qiáng)，以及一定的熱裂紋傾向，同時(shí)也不可忽視接頭性能的弱化(焊縫區(qū)韌性惡化和熱影響區(qū)的軟化)；合理的焊接工藝是控制和改善該鋼焊接性的重要技術(shù)手段。焊接方法和焊接材料確定以后，獲得優(yōu)質(zhì)接頭的關(guān)鍵工藝措施是：焊前預(yù)熱、控制層溫，以及“及時(shí)有效”的焊后熱處理等工藝。不同的接頭組合類型(同種鋼或異種鋼)，不同規(guī)格尺寸的T91／P91鋼管焊接，其匹配的焊接工藝各具特色；采用專用藥芯焊絲填充TIG打底新工藝，將該鋼種的焊接工藝推向一個(gè)新的發(fā)展階段。

一、概述

T91／P91鋼以其良好的高溫持久強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和高溫抗蠕變能力等綜合性能，在電站鍋爐的過(guò)熱器、再熱器及主蒸汽管道上獲得越來(lái)越廣的應(yīng)用。雖然說(shuō)T91／P91鋼在我國(guó)使用和研究已有十多年的歷史，一些單位在掌握該鋼焊接工藝方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)，并且由國(guó)家電力公司電源建設(shè)部下發(fā)了《T91／P9l鋼焊接工藝導(dǎo)則》指導(dǎo)性文件，但在施工現(xiàn)場(chǎng)施焊時(shí)，該鋼的焊接質(zhì)量問(wèn)題仍時(shí)有發(fā)生。這表明，一方面是對(duì)該鋼焊接性的理解不夠深人；另一方面對(duì)配套焊接工藝關(guān)鍵技術(shù)的控制尚不到位。換言之，對(duì)引進(jìn)鋼種及其焊接工藝的消化、吸收以及國(guó)產(chǎn)化工作仍須繼續(xù)進(jìn)行。關(guān)于T91／P91鋼焊接的研究文獻(xiàn)逐年增多，電廠機(jī)組成功應(yīng)用的范例無(wú)一不與其采用的焊接工藝密切相關(guān)。

由于接頭的組合類型、管子的規(guī)格尺寸(直徑和壁厚)不同，焊接所匹配的工藝各異，因而繼續(xù)開(kāi)展T9l／P91鋼焊接性及其配套工藝的研究，對(duì)探尋工藝控制接頭性能機(jī)理，以及創(chuàng)新工藝核心技術(shù)很有必要。為此，本文特意將典型焊接工藝與該鋼焊接性問(wèn)題相聯(lián)系，綜合評(píng)述該鋼焊接工藝的特點(diǎn)及其應(yīng)用。該項(xiàng)工作對(duì)推動(dòng)T91／P91鋼焊接工藝的進(jìn)一步完善，提高鍋爐使用壽命，具有積極的意義和參考價(jià)值。

二、T91／P91鋼簡(jiǎn)介

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，高參數(shù)、大容量機(jī)組不斷涌現(xiàn)，對(duì)鋼管材料的高溫蠕變性能和抗應(yīng)力腐蝕等性：能提出更高要求。為此，世界主要的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行了大量研究，先后開(kāi)發(fā)出系列新型鐵索體型耐熱鋼，并成功地用于大容量火力發(fā)電機(jī)組，其中高CT型9Cr1MoVNbN耐熱鋼即為T91／P91鋼。

20世紀(jì)70年代美國(guó)在試驗(yàn)室改進(jìn)原有的9Cr1Mo鋼，80年代初確定改良型鋼為T91／P91鋼，接著1983年T91／P91鋼獲美國(guó)ASME認(rèn)可。80年代末德國(guó)從F12鋼轉(zhuǎn)向使用T9l／P91鋼，90年代初日本大力推廣T91／P91鋼。目前世界主要生產(chǎn)鍋爐管和大直徑厚罐管的鋼廠，均已完成了T91／P91鋼工業(yè)化生產(chǎn)研究，其中日本、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家的鍘廠已向全世界供應(yīng)T91／P9l鋼管。我國(guó)于1987年引進(jìn)該鋼種并在電廠應(yīng)用。該鋼的國(guó)產(chǎn)化工作已由冶金部部署實(shí)施。

T91／P91鋼被高參數(shù)火力發(fā)電機(jī)組廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樵撲摲N的使用性能具有以下優(yōu)點(diǎn)：①與不銹鋼相比，該鋼具有低的熱膨脹系數(shù)和良好的導(dǎo)熱性。

②該鍘具有較高的室溫抗拉強(qiáng)度，δb最高達(dá)770MPa，而且塑性也較好。③該鋼的沖擊韌度和材料脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯優(yōu)于同類X20和EMl2鋼。④該鋼具有更高的高溫持久強(qiáng)度和許用應(yīng)力，在550℃高溫經(jīng)過(guò)105h運(yùn)行后的高溫持久強(qiáng)度是T22鋼的2倍，在540～610℃內(nèi)的許用應(yīng)力明顯高于T22、TP304H和X20鋼。⑤該鋼具有良好的整管彎曲加工性能。⑥該鋼的高溫疲勞性能優(yōu)于T22和TP304H鋼，高溫抗氧化性能也遠(yuǎn)高于T22鋼。