高温时效对P92 钢焊接接头组织性能的影响

P92钢焊接及热处理问题分析作者：黄琼曾小川杨勇来源：《山东工业技术》2017年第03期摘要：当今世界火电机组朝高效率节能方向发展，超超临界火电机组被大量推广。

P92钢材因为其良好的高温抗蠕变性能而被应用在超超临界大容量机组中，但是其较差的可焊性又给现场安装带来一些难题。

本文针对P92钢在现场焊接和热处理中出现的不同类型的问题分析了其产生的原因并提出了相应处理措施。

关键词：P92钢材；焊接工艺；金相组织；热处理DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.041现代火电厂机组趋势朝着大容量方向发展，由此带来大容量机组对耐热钢的要求越来越高，华润蒲圻电厂二期2×1000MW的4#机组及茌平信源铝业有限公司700MW级机组工程5#机组为我方安装，为了满足超超临界机组高温高压情况下运行寿命的要求，过热器和再热器中大量采用了P92钢材，虽然国家电力公司能源建设部专门做出过P91/P92的工艺导则，但是在实际焊接中发现两者间还是存在不少差别的，为此我们就现场P92钢材焊接中出现的问题和解决方法进行了总结。

1 P92钢简介P91钢材的出现就已经极大提高了大容量机组的使用寿命和加工难度[1]，为了进一步提高钢材的耐热性与使用寿命，日本新日铁公司在P91钢的基础上开发出了等级更高的NF616（T/P92）耐热钢，现在被广泛的用于超超临界机组中。

P92钢与P91不同之处在于降低了0.5%的Mo元素含量，同时加入了1.7%的W元素和0.0035%的B元素，这两种元素都增加了P92钢材的强化效果，且P92钢材的回火显微组织为双相马氏体结构，强度在P91基础上进一步提升。

P92钢的高温强度在590℃～650℃范围与TP347H等钢材相当，高温蠕变性能比P91高出30%[2]。

P92钢的具体成分及其力学性能如表1、表2所示。

2 P92钢材的焊接工艺SA335P92钢材含有的合金元素种类繁多，Cr、Mo元素含量高，且W元素的加入使得P92钢的焊接难度进一步加大，P92钢焊接工艺的执行情况一向是焊接工作的重中之重。

October 2009 2009 Collaboration Network Annual Meeting of Clean andKunming, China Efficient Coal-fired Power Generation TechnologyP92钢650℃时效的组织性能研究张红军 周荣灿 唐丽英 于在松（西安热工研究院有限公司，西安，710032）Studies on Microstructure and Mechanical Properties of P92Steel Aged at 650℃Zhang Hong-Jun, Zhou Rong-Can, Tang Li-Ying, Y u Zai-Song( Xi’an Thermal Power Research Institute, Xi’an, 710032)摘 要：对P92钢在650℃时效500h、1000h、3000h、10000h 试样的微观组织、冲击吸收能量和硬度进行了试验研究，并与原始态的组织性能进行比较。

结果表明P92钢在时效时组织发生的一个重大变化为大量的Laves 相沿原奥氏体晶界和马氏体板条界等界面处沉淀析出，且在时效初期即大量析出，析出速度较快，随后减缓；Laves 相颗粒的粗化速率大大高于沉淀强化相M 23C 6；冲击吸收能量随时效时间的增加单调下降，材质脆化； Laves 相含量的增加程度与冲击吸收能量的降低程度相一致，两者之间存在对应关系；硬度随时效时间的增加呈下降趋势，但变化不大。

关键词：P92；时效；冲击吸收能量；Laves 相Abstract: The evolution of microstructures and mechanical properties of P92 steel, which was aged at 650 ℃with different time of 500h, 1000h, 3000h and 10000h was studied respectively. Microstructures and mechanical properties are compared between original sample and aged samples. The results show that the microstructural development of P92 steel during ageing is mainly precipitation of Laves phases, most Laves phases are precipitated in boundaries including the prior austenitic grain boundaries and martensitic lath boundaries. The content of Laves phase increased monotonously with ageing time, but the increasing rate is decreased monotonously. The growth rate of Laves phase particle is much higher than M 23C 6. As ageing time increases, the impact absorbed energy decreases monotonously and the P92 steel is embrittled. The evolution of Laves phases’ content is related the impact absorbed energy. Also, the hardness reduced slightly with ageing time. Key word: steel P92, aging, impact absorbed energy, Laves phases1 引言节能和环保日益受到重视，高效率、低排放的超超临界火力发电技术在此条件下得到大力发展。

P92耐热钢焊接热处理工艺对焊缝力学性能及金相组织的影响超超临界机组采用SA335P91/P92钢是新型铁素体耐热钢，具有高的持久强度和蠕变性能，可用于超超临界机组高温、高压主蒸汽管道等部件，其焊接接头性能的优劣直接关系到机组能否安全可靠运行，在对P92母材焊接接頭的常温和高温性能的基础上，总结焊接、热处理的工艺控制要点及经验及教训，为P92钢在我国超超临界机组成功应用提供了技术支持标签：P92钢;焊接接头：金相组织1P92钢特性P92钢是在P91的基础上，通过添加1.5%～2.0%W、优化MoVNbNB元素含量而开发的高蠕变断裂强度的铁素体（马氏体）耐热钢，其在600℃、1×10h 的蠕变断裂强度较P91钢提高20%以上。

P92钢都有较明显的时效倾向，且发生在500℃的温度范围内，而此范围正是这些材质650℃的工作温度。

P92钢的时效倾向特征是：3000小时时效其韧性下降很多，但在3000小时以后冲击功下降的倾向就不明显了。

1.1 焊接材料的选择现场焊接所选用的焊材要求P92钢焊接材料的选择除满足现场焊接所选用的焊材满足室温下的强度外，还必须满足运行温度下韧性和强度（蠕变强度）的要求。

焊缝金属在其熔敷成型及冷却过程中，一些微量元素（Nb、等）大部分固溶在V焊缝金属中，通过固溶强化反而降低了焊缝韧性。

因此，焊缝金属的冲击韧性总是低于母材的，为了提高焊缝韧性，必须合理搭配Nb .....等微量WVMnNi元素的含量，严格控制P.....等有害微量元素的及降低C含量。

P92钢经过正火及回火处理，显微组织为回火马氏体组织（主要是Fe碳化物及VCrMoNb的氮化物）研究发现，当焊缝金属成分与母材完全一致时，焊缝冲击韧性较低，主要因为P92钢中Cr、Mo、V、Nb等铁素体形成元素较多，若母材与焊缝金属成分一致，焊缝冷却凝固时易形成δ铁素体，而P92钢焊缝热处理后应得到回火马氏体组织，凡是能够防止δ铁素体形成并保证焊缝组织为全马氏体组织的成分均有利于焊缝韧性的优化，因此选择的焊接材料必须有保证常温和高温强度、塑性和韧性好，且含氢量低、操作性好等优点，并与母材相当的物理性能和常温、高温力学性能;焊缝金属的下临界转变点（AC1）应与母材相当，且铬当量：Creq≤10;焊缝含氢量符合低氢型碱性焊接材料标准;具有优良的焊接操作性能和工艺性能。

热处理对P92钢组织及硬度的影响摘要：P92钢是一种高温高压工作条件下经常使用的钢材，具有良好的蠕变和疲劳性能。

热处理是一种重要的加工工艺，可以改善P92钢的组织和性能。

本文通过对热处理工艺参数的优化并对样品进行显微结构和硬度测试，研究了热处理对P92钢的组织及硬度的影响。

关键词：热处理；P92钢；组织；硬度正文：1. 引言P92钢是高温高压下经常使用的一种优质钢材，是一种新型的低合金高强度钢。

由于其常常在远高于常温的环境下工作，因此其组织和性能经常受到较大的影响。

而热处理作为一种重要的加工工艺，可以改善钢材的组织和性能，因此对P92钢进行热处理优化是非常必要的。

2. 实验方法在本研究中，采用热处理工艺对P92钢进行优化。

首先，在热处理前，采集了P92钢的初始状态样品，并通过显微结构观察的方法对P92钢的初始状态进行表征。

接着，对热处理工艺参数进行优化，这些工艺参数包括热处理温度、保温时间、冷却方法等。

然后，对经过热处理后的样品进行显微结构观察，并使用硬度测试仪测试了样品的硬度值。

3. 结果分析热处理温度是影响P92钢结构和性能的重要参数之一，因此，在本研究中，我们对不同的热处理温度进行了研究。

结果表明，当热处理温度达到850℃时，样品的显微结构发生了明显的改观，钢材中的bainite相明显增多，同时颗粒尺寸变小。

同时，P92钢经过热处理之后，其硬度值也有所提高。

而在其他参数不变的情况下，加长保温时间同样能够对P92钢的硬度值产生影响，其硬度值随着保温时间的增加而增加。

而冷却方法则对P92钢的硬度值产生了较为明显的影响，水淬比空冷和油冷对硬度值的提高更明显。

4. 结论本研究通过对热处理工艺参数的优化，发现热处理对P92钢的组织和硬度值有较为明显的影响。

其表明，在热处理过程中，保温时间、热处理温度和冷却方法等关键参数可以对P92钢的性能产生明显的影响。

因此，在热处理过程中要控制好这些参数，以达到最优化的加工效果。

电力建设Electric Power Construction第31卷第7期2010年7月V ol.31，No.7Jul ，2010ABSTRACT:Two different heating methods,includingresistance heating and induction heating,were used for post-weld heat treatment of the P92steel and an analysis was made of the effect of the two heating methods on the near-surface microstructures and mechanical properties of the P92steel.The results show that the induction heating treatment will not have obvious skin-effect on the skin metal;for both the resistance heating and induction heating methods,the carbide volume on the near-surface is obvious larger than that in the central of the base metal,which can result in decrease of the tensile strength of the near-surface base metal.It is therefore recommended that the temperature for heat treatment should be lowered as possible as it can on the condition that the requirements on the mechanical properties of the post-heat-treatment welding joints can be satisfied.KEYWORDS:P92steel ；induction heating ；resistance heating ；heat treatment ；carbide ；temperature摘要：分别采用电阻加热及感应加热方式对P92钢进行焊后热处理，分析了这2种加热方式对P92钢近表面组织性能的影响。

P92钢焊接接头多次热处理性能试验研究本文通过分析SA335P92钢焊接接头分别进行1-6次焊后热处理后其拉伸性能、冲击性能、硬度和金相组织等理化性能，找出了多次热处理后焊接接头力学性能的变化规律。

试验证明焊接接头进行多次热处理后，焊缝的力学性能较之母材下降更快，接头热处理次数最佳应控制在3次以内，即返修不超过2次。

标签：多次热处理;力学性能;金相组织1 引言目前我国600MW及以上超（超）临界机组中，主蒸汽管道和高温再热蒸汽管道等高温高压部件都普遍采用了SA335P92鋼。

SA335P92钢是在SA335P91的基础上，降低了0.5%Mo，增加了1.8-2.0%W，并添加微量B的高强韧性铁素体耐热钢，具有优良的高温强度和蠕变性能，良好的抗高温腐蚀性和抗氧化性，较小的热膨胀系数及良好的导热性和抗热疲劳性。

对SA335P92钢焊接接头，我公司管道预制均采用整体进炉热处理方式进行焊后热处理。

当出现挖补返修或增加焊接附件后，同一焊口返修区域以外位置或者同一管段其他焊缝，不可避免将进行再次热处理。

而现行电力行业标准中，未对热处理次数进行明确规定，多次热处理会对焊接接头性能造成怎样的影响，这方面的内容也未见有说明。

为更好地保证焊缝质量，找出多次热处理后焊接接头力学性能的变化规律，本文对焊缝热处理次数进行了试验研究。

2 试验材料及试验方法2.1 试验材料试验用母材为进口SA335P92钢管道，规格为ID614×34。

焊材选用国内普遍采用的Thermanit MTS616。

试件焊接制备和无损检测管材加工双V型坡口，焊接方法采用手工钨极氩弧焊打底+焊条电弧焊填充+埋弧自动焊填充盖面。

严格按照DL/T 869《火力发电厂焊接技术规程》和经过评定的P92钢焊接工艺要求进行预热、焊接和后热工作。

完成后经射线检测，焊缝一次合格。

2.2 试件分片及热处理将该焊接试件进炉进行第一次回火热处理，之后将其锯切割为6片试块。

P92 钢焊接接头时效前后的组织与性能研究摘要：本文主要试验研究了P92 钢焊接接头高温时效后的组织与性能变化。

研究结果表明，P92 钢焊接接头650℃时效7000h 后，接头的室温强度略有下降，但仍高于ASME SA335 标准要求的下限；P92 钢焊缝具有明显的时效脆化倾向，时效1000h 后，焊缝室温冲击功由时效前的43~78J 下降到了22~26J，而后直至7000h 都保持在25J 左右。

分析认为，P92 钢焊接接头时效后拉伸性能和硬度的保持，主要和基体的缓慢回复、M23C6和MX 相的缓慢长大有关；而P92 钢焊缝冲击功下降主要是由于沿焊缝原柱状晶晶界及马氏体板条束界析出粗大的Laves 相造成的。

关键词：超超临界机组；P92；焊接接头；力学性能；时效脆化；显微组织0、前言P92 钢是在P91 的基础上，降低了0.5%Mo，增加了1.8%~2.0%W 并添加少量B 开发而成的新型细晶高强韧性铁素体耐热钢，基于其高的蠕变断裂强度、良好的耐高温腐蚀性和抗氧化性、较小的热膨胀系数、良好的导热性和抗热疲劳性能，现在被广泛应用于我国超超临界机组的主蒸汽管道或高温再热蒸汽管道[1]。

目前国内关于P92 钢的研究重点多集中在该材料母材的蠕变机理、高温时效后的组织性能变化及其焊接工艺方面[2-5]，关于P92 钢焊接接头尤其是焊缝区在高温时效过程中的组织性能变化目前国内还鲜有报道。

1、试验材料及试验方法本试验用母材为进口P92 钢管道，规格为Φ355×26，化学成分如表 1 所示。

焊接方法采用手工钨极氩弧焊打底+手工电弧焊填充盖面，打底焊丝为MTS 616，规格Φ2.4，填充、盖面焊条选用MTS 616，规格Φ3.2；焊后采用履带加热器进行局部热处理，热处理温度控制在750~770℃之间。

试件焊接、热处理、无损检验完毕，按照DL/T 868-2004《焊接工艺评定规程》的试验项目要求进行组织性能检验。

热处理对焊接接头的影响及其应用焊接是一种常用的金属连接方式，它广泛应用于各个领域，例如航空航天、汽车制造、建筑结构等。

然而，焊接接头在使用过程中可能面临一些问题，如强度不足、断裂等。

为了提高焊接接头的性能，热处理技术被引入并得到广泛应用。

本文将探讨热处理对焊接接头的影响及其应用。

1. 热处理对焊接接头性能的影响1.1 相变组织的改变焊接接头经过热处理后，会发生相变，从而改变了金属内部的组织结构。

常见的相变包括奥氏体向铁素体的转变、铁素体向奥氏体的转变等。

相变组织的改变会导致焊接接头的硬度、强度、韧性等性能发生变化。

1.2 残余应力的释放焊接时，由于快速冷却等因素的影响，焊接接头内会产生残余应力。

这些残余应力可能导致焊接接头的变形、开裂等问题。

通过热处理可以使残余应力得以释放，从而改善焊接接头的稳定性和可靠性。

1.3 晶粒尺寸的调控焊接接头的晶粒尺寸对其性能有直接影响。

较大的晶粒尺寸可能导致焊接接头的脆性增加，抗冲击性能降低。

热处理过程中，可以通过晶粒长大和晶粒细化的方法，调控晶粒尺寸，从而提高焊接接头的性能。

2. 热处理在焊接接头中的应用2.1 焊接接头强化焊接接头的强度对于整个结构的牢固性和可靠性非常重要。

通过热处理，可以对焊接接头进行强化处理，使其强度得到提高。

常见的热处理方法包括时效处理、固溶处理等。

这些处理方法可以改变焊接接头的组织结构，增强其抗拉伸、抗扭曲等性能。

2.2 残余应力消除焊接接头在焊接后常常面临残余应力问题，这可能导致接头的变形、开裂等问题。

利用热处理可以消除焊接接头的残余应力，提高接头的稳定性和可靠性。

常用的方法包括回火处理、退火处理等，这些方法可以通过加热和冷却的方式，使接头的内部残余应力得以释放，从而改善接头的性能。

2.3 组织改善焊接接头的组织结构在焊接过程中可能发生变化，这会对接头的性能产生重要影响。

通过热处理，可以改变接头的组织结构，优化晶粒尺寸和相变组织，从而提高接头的机械性能和耐腐蚀性能。