CN103643025B - 一种提高新型马氏体耐热钢a355 p91焊缝韧性的方法 - Google Patents
一种提高新型马氏体耐热钢a355 p91焊缝韧性的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，属于焊接及热处理技术领域。其步骤为：将新型马氏体耐热钢A355 P91的焊件进行预热，预热温度区间为200~250℃，恒温两小时；层间温度控制为200~250℃；焊接后空冷至100~120℃，在100~120℃温度内恒温2小时；后热处理，将新型马氏体耐热钢A355 P91焊件升温至300~350℃恒温2小时后，自然冷却；后热处理之后进行热处理过程，高温回火温度区间为770~780℃。本发明通过严格控制焊接、后热处理、热处理过程的温度曲线，既保证了焊缝的抗拉强度和屈服强度，又降低了表面的硬度，并增加焊缝的冲击韧性。
Description
技术领域
本发明涉及焊接及热处理技术领域，更具体地说，涉及一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法。
背景技术
随着电力工业的发展和全球对环境问题的日益关注，节约一次能源，加强环境保护，减少有害废气排放，降低地球温室效应，已引起国内外的高度重视。提高火电机组的热效率，采用超临界、超超临界机组是防止环境污染的有效途径之一。资源节约型、环境友好型机组是火力发电设备的新趋势。
现有技术中，大型火力发电厂锅炉机组参数的提高主要依赖新型钢材。上世纪 60年代时，国外有过提高机组参数的尝试，但因钢材结构问题没有成功，最后均未成功。直到90年代，随着P91/P92新型耐热钢的出现，机组参数的提高才成为可能。但这些新型耐热钢的出现，为焊接工作提出了新的焊接课题。
A335 P91是一种新型汽水管道用耐热钢管材，它属于马氏体耐热钢，与以往国内电力工程中多用的A335 P22钢相比，具有更好的高温性能，最高使用温度达到650℃，在压力、温度、内径相同的情况下，主蒸汽管道及再热蒸汽管道热段采用A335 P91钢代替A335 P22钢，壁厚可减少一半左右，可使工程造价大幅降低，而且又便于制造和安装，并且能提高系统的热效率。从20世纪90年代至今A335 P91钢在我国电力工程主蒸汽管道及再热蒸汽管道中也逐步得到了应用。针对马氏体耐热钢A335 P91的焊接工艺控制，目前已经相关技术方案公开，如中国专利申请号：200510012560.X，申请日：2005-06-02，发明创造名称：一种P91钢焊接方法的专利文件。
但是，针对新型马氏体耐热钢A355 P91的焊接及热处理工艺尚未有相关技术方案公开，采用现有技术中A335 P91钢的焊接工艺无法适用于新型马氏体耐热钢A355 P91的焊接，主要体现在两方面的性能不可兼得：1）焊缝的抗拉强度和屈服强度，2）焊缝的冲击韧性。A355 P91钢在施工现场施焊时，焊接质量问题时有发生，例如：焊缝表面的硬度超标，焊缝的冲击韧度低等。这表明，对配套焊接工艺要害技术的控制尚不到位，特别是焊接及热处理时的温度控制不到位。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝表面的硬度超标，焊缝的冲击韧度低的问题，提供了一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，采用本发明的技术方案，能够实现降低焊缝的表面硬度、增加焊缝的冲击韧性的目的。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，其步骤为：
步骤一、焊前预热：
将新型马氏体耐热钢A355 P91的焊件进行预热，预热温度区间为200~250℃，恒温两小时；
步骤二、层间温度控制：
经过步骤一的预热过程后进行焊接，层间温度控制为200~250℃；
步骤三、焊后马氏体转变处理：
经过步骤二焊接后，空冷至100~120℃，在100~120℃温度内恒温2小时；
步骤四、后热处理：
经过步骤三保温后，将新型马氏体耐热钢A355 P91焊件升温至300~350℃，在300~350℃温度内恒温2小时后，再自然冷却；
步骤五、热处理过程：
经过步骤四的后热处理之后进行热处理过程，高温回火温度区间为770~780℃，其中：升温过程中，在400℃以下时，升温速率为120℃/ h，在400℃以上时，升温速率为142℃/ h；在770~780℃温度内恒温2小时；降温过程中，在400℃以上时，降温温速率为142℃/ h，在400℃以下时，自然冷却。
优选地，步骤一中预热温度为230℃。步骤二中层间温度控制为235℃。步骤四中将焊件升温至330℃后保温。步骤五中高温回火温度为775℃。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
本发明的一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，通过严格控制焊接、后热处理、热处理过程的温度曲线，既保证了焊缝的抗拉强度和屈服强度，又降低了表面的硬度，并增加焊缝的冲击韧性。焊缝区域的抗拉强度≥585MPA，弯曲无裂纹，常温冲击值≥34J，焊缝及热影响区的硬度值（HB）≤241，金相符合要求。本发明简单易行，具有较高的工程应用价值。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，其步骤为：
步骤一、焊前预热：
由于新型马氏体耐热钢A355 P91可焊性差，尤其是大管径焊口在常温下焊接或预热不均匀时极易产生冷裂纹，所以对焊前预热的要求很高。将新型马氏体耐热钢A355 P91的焊件进行预热，预热温度区间为230℃，恒温两小时，具体在本实施例中预热到230℃的升温程序对焊缝韧性的提高非常关键，本实施例的具体升温程序如下：1）以升温速率3℃/ min，从室温升温至80℃，并保温25min；2）以升温速率4℃/ min，从80℃升温至120℃，并保温20min；3）以升温速率5℃/ min，从120℃升温至160℃，并保温15min；4）以升温速率6℃/ min，从160℃升温至200℃，并保温10min；5）以升温速率7℃/ min，从200℃升温至230℃。升温速度由3℃/ min慢慢增大至7℃/ min，保温时间依次递减，采用上述升温程序，申请人惊奇的发现，能够显著增加焊缝的冲击韧性，且无冷裂纹产生。
步骤二、层间温度控制：
经过步骤一的预热过程后进行焊接，层间温度控制为235℃。试验发现，在同样的电流下，增加焊层厚度或提高层间温度，焊缝的冲击韧度均有下降的趋势，但层间温度过低，会增大冷却过程中的组织应力，且不利于氢的逸出，所以本实施例中层间温度控制为235℃。
步骤三、焊后马氏体转变处理：
经过步骤二焊接后，空冷至110℃，在110℃温度下恒温2小时。由于新型马氏体耐热钢A355 P91奥氏体的转变孕育期较长，焊后必须空冷以使奥氏体完全转变为马氏体，保证接头的强度。空冷时间应根据结构大小、环境温度、焊后应力等情况而定，本实施例通过实验和理论验证，新型马氏体耐热钢A355 P91必须空冷至110℃并恒温2小时，才能进行后热处理。
步骤四、后热处理：
经过步骤三保温后，将新型马氏体耐热钢A355 P91焊件升温至330℃，在330℃温度下恒温2小时后，再自然冷却。新型马氏体耐热钢A355 P91焊接过程中采取避免热量集中、小电流、多道焊的焊接工艺，导致焊接作业时间很长。焊接作业完成后在理论上应该马上进行热处理过程，但是，为了缓解作业压力，在步骤三焊后马氏体转变处理后，不直接进行热处理过程，而改成“后热处理”，本发明独创的“后热处理”在本实施例中是将焊件升温至330℃，恒温2小时后自然冷却，其中升温至330℃的升温程序对于既保证焊缝的抗拉强度和屈服强度，又降低表面的硬度具体关键作用，本实施例的具体升温程序如下：1）以升温速率5℃/ min，从室温升温至120℃，并保温15min；2）以升温速率8℃/ min，从120℃升温至160℃，并保温20min；3）以升温速率10℃/ min，从160℃升温至200℃，并保温25min；4）以升温速率7℃/ min，从200℃升温至250℃，并保温30min；5）以升温速率5℃/ min，从250℃升温至330℃。上述升温程序中，升温速率呈先增大后减小的抛物线形式，保温时间依次增加。
步骤五、热处理过程：
经过步骤四的后热处理之后进行热处理过程，高温回火温度区间为775℃，其中：升温过程中，在400℃以下时，升温速率为120℃/ h，在400℃以上时，升温速率为142℃/ h；在775℃温度内恒温2小时；降温过程中，在400℃以上时，降温温速率为142℃/ h，在400℃以下时，自然冷却。
实施例2
本实施例的一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，其基本处理过程同实施例1，不同之处在于：步骤一中预热温度为200℃，步骤二中层间温度控制为200℃，步骤四中将焊件升温至300℃后保温，步骤五中高温回火温度为780℃。
实施例3
本实施例的一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，其基本处理过程同实施例1，不同之处在于：步骤一中预热温度为250℃，步骤二中层间温度控制为250℃，步骤四中将焊件升温至350℃后保温，步骤五中高温回火温度为770℃。
实施例1~3的一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，通过严格控制焊接、后热处理、热处理过程的温度曲线，既保证了焊缝的抗拉强度和屈服强度，又降低了表面的硬度，并增加焊缝的冲击韧性。焊缝区域的抗拉强度≥585MPA，弯曲无裂纹，常温冲击值≥34J，焊缝及热影响区的硬度值（HB）≤241，金相符合要求。
Claims (4)
1.一种提高新型马氏体耐热钢A355P91焊缝韧性的方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一、焊前预热：
将新型马氏体耐热钢A355P91的焊件进行预热，预热温度区间为200～250℃，恒温两小时；
步骤二、层间温度控制：
经过步骤一的预热过程后进行焊接，层间温度控制为200～250℃；
步骤三、焊后马氏体转变处理：
经过步骤二焊接后，空冷至100～120℃，在100～120℃温度内恒温2小时；
步骤四、后热处理：
经过步骤三保温后，将新型马氏体耐热钢A355P91焊件升温至330℃，在330℃温度内恒温2小时后，再自然冷却；其中升温至330℃的升温程序如下：1)以升温速率5℃/min，从室温升温至120℃，并保温15min；2)以升温速率8℃/min，从120℃升温至160℃，并保温20min；3)以升温速率10℃/min，从160℃升温至200℃，并保温25min；4)以升温速率7℃/min，从200℃升温至250℃，并保温30min；5)以升温速率5℃/min，从250℃升温至330℃；
步骤五、热处理过程：
经过步骤四的后热处理之后进行热处理过程，高温回火温度区间为770～780℃，其中：升温过程中，在400℃以下时，升温速率为120℃/h，在400℃以上时，升温速率为142℃/h；在770～780℃温度内恒温2小时；降温过程中，在400℃以上时，降温速率为142℃/h，在400℃以下时，自然冷却。
2.根据权利要求1所述的一种提高新型马氏体耐热钢A355P91焊缝韧性的方法，其特征在于：步骤一中预热温度为230℃。
3.根据权利要求1所述的一种提高新型马氏体耐热钢A355P91焊缝韧性的方法，其特征在于：步骤二中层间温度控制为235℃。
4.根据权利要求3所述的一种提高新型马氏体耐热钢A355P91焊缝韧性的方法，其特征在于：步骤五中高温回火温度为775℃。
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