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摘要：T91高合金钢添加了少量铌、钒等微量元素，高温强度、抗氧化性有较大的提高，但存在焊接性较差，有较大冷裂倾向，焊接接头脆化等问题，T91焊缝经过热处理，焊缝性能得到改善。本文主要分析火力发电厂T91小径薄壁管热处理质量的控制。
关键词：火力发电厂；T91小径薄壁管；热处理
1、概述
近年来随着国内高参数、大容量机组的不断发展，对各高温高压用钢的安全使用提出了越来越高的要求。在国内，T91耐热钢仍广泛应用亚临界、超临界锅炉壁温不超过625℃的高温过热器、再热器等部件，T91马氏体耐热钢除了要有严格的焊接工艺外，还需切实可行的热处理工艺，焊后热处理也是保证焊缝各项性能稳定的重要环节。在火力发电厂建设中，此类钢的热处理以电阻加热法为主。
2、T91高合金钢焊接热处理
2.1 热处理材料
在材料性质上，可以将焊接热处理材料划分为主材料和辅材料。主材料是指确保热处理顺利进行所需的主要材料，如热处理机器、电缆电线、保温材料、电阻加热器、远红外测温仪等。辅助材料指铁丝、绝缘胶带等消耗性材料。对于以上热处理中所用到的材料，应对其进行严格的入厂检验，确保其质量符合标准要求，并进行入库管理。
2.2 T91高合金钢预热
T91高合金钢焊接之前,应进行预热，一方面通过对焊件进行加温可以有效缓解T91高合金钢焊接之后的冷却速率，较高的焊件温度适宜于扩散氢从T91高合金钢的焊缝之中逸出，避免T91焊件中的扩散氢在焊件内部膨胀而导致焊件表面形成裂纹；另一方面，通过使用电阻加热片对焊件进行加热，可以使得焊件的温度分布相对均匀，在正式开展焊接工作时可以有效降低焊件不同部位因温度差而产生的应力不均衡现象。因此，在T91高合金钢预热时首先应当严格控制T91高合金钢的预热温度在200～250℃范围内，从对口中心开始，预热区域每侧不少于焊件厚度的4倍，且不少于100mm，一般采用坡口两侧150mm左右，控温热电偶也应当布置在加热区以内，预热过程中预热焊口两侧管口必须使用保温棉封堵，防止产生空气对流影响管道内壁的预热效果。
2.3焊后热处理
T91钢供货状态为正火+回火，安装焊缝的焊后热处理采用高温回火工艺，旨在得到含弥散强化相的板条状回火索氏体组织，并有效消除焊件在焊接过程中产生的应力，充分保障焊件在接头处的冲击韧性。焊缝整体焊接完毕，T91小径薄壁管可冷却室温。T91管道热处理过程曲线如图1所示。
图1 T91管道热处理过程曲线图
3、T91小径薄壁管热处理质量控制点
3.1 T91钢焊接要求
首先，在进行T91钢管道安装施工时，应采用单方向施工的方法，即指在焊接过程中保持管道一端为自由端，避免出现管道系统应力过大的状况，防止由此带来的焊接裂纹。其次，在焊接热处理时，应保持良好的焊接环境，采取有效的防风防雨措施，同时严格禁止在雨天、雾天及其他不良天气条件下进行焊接热处理工作，从而尽可能的防止冷裂纹的产生，达到提高焊缝质量的目的。第三，在对于T91 钢管道进行焊接热处理时，在施工现场应配备一路备用电源，避免由于非正常断电导致的焊接热处理工作中断，从而确保焊接热处理工作的连续性。第四，T91 钢焊接热处理的最低温度应保持在 5°以上，同时禁止在管道口任意引弧，并确保充氩装置具有良好的密封性，便于取出和安装。
3.2 T91钢焊接热处理工艺温度控制要点
作为一种具有良好高温持久强度以及稳定和高温抗蠕变能力等综合性能的新型马氏体耐热钢，T91凭借在制造过中的精细处理工艺和加工等级，使之成为了综合性能较强的材料。而由于火电站焊接作业大多是在施工现场进行，要确保焊接后的 T91 钢的优良性能得到延续，是有一定的难度的，所以必须创造出有利于T91钢焊接的条件，并经过严格的程序设置和工艺参数，对焊接工作检验力度和措施进行加强，从而确保焊接热处理工作的优质性。所以就需要对其力学性能有所了解，T91 钢的常温力学性能如表 1：
（1）焊前预热温度
T91钢在进行手工钨极氩弧焊打底时，预热温度控制在 150～200℃。作为预防冷裂纹的最有效措施之一，焊前预热在达到减少焊接应力的同时，还能有效减缓焊接过后的冷却速度，使焊接缝中的扩散氢能有较长的时间逸出，有效的减少可能存在的氢至裂纹。同时，通过对焊接缝及淬硬程度的减少，提升了焊接接头的抗裂性能。
（2）焊接层温度
焊缝层间温度的严格控制可以有效避免焊缝过高温度而导致焊件的接口处晶粒粗化，进而导致焊件的塑性与韧性等相关指标参数降低，同时可以有效防止焊缝过低温度而导致焊件之间的扩散氢滞留在焊件内，进而形成淬硬组织影响焊件的质量。一般而言，焊缝层间温度控制在200～250℃以下，具体到某一特定的焊接工艺，则要根据工艺评定确定。焊缝层间温度与环境温度关系之间并无之间的关联关系，通常层间温度依据合金钢的质量分数而定，T91高合金钢的焊缝层间温度一般控制在250℃左右。
（3）焊接
T91小径薄壁管采用全氩弧焊接工艺。为防止根部根层焊缝金属氧化，氩弧焊打底及填充第一层焊道，应在管子内壁充氩气保护。采用两层TIG打底，通过减少热输入，可有效地降低根部焊缝氧化程度，保证打底质量。
应特别注意收弧质量，收弧时先将焊接电流衰减下来，填满弧坑后移向坡口边沿收弧，以防产生弧坑裂纹。
（4）焊接热处理
T91小径薄壁管焊后热处理的升、降温速度应小于等于150℃/h，恒温时间不小于1h。采用柔性陶瓷电加热器对整排进行热处理时，除每炉安装一支控温铠装K型热电偶外，对每组加热装置还应至少安装一支热电偶进行监测温度。一般情况下，管道对接接头加热宽度应根据外径及壁厚的比值来选取，最少不少于100mm。所使用的热处理自动记录仪及热电偶均应经过校验检定合格并在有效期内。
3.3质量验收
首先，主管热处理的技术人员检查热处理温度曲线的记录，并检查热处理曲线。其次，当焊接接头热处理过后，首道焊缝100%进行硬度检测，其余焊缝按照合同要求、规程规范对其进行硬度检验，对焊接缝区域以及热影响区硬度平均值测定，同一部位至少测量三次，从而确保测定结果的科学性。最后，焊接质检人员、热处理技术人员或焊接工程师，查看经焊后热处理的焊件外观，进行质量评价。
总之，T91 型新型热强钢最早于20世纪90年代在我国得到了运用，近年来，T91钢管道热处理过程中遇到了一些问题，在焊接热处理技术人员的努力下，部分问题已经得到了解决。焊接热处理作为保证火电建设质量各发电设备安全有效运行的重要基础，对我国电力发展目标的实现有着重要的意义。
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论文作者:张国良
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/12
标签：合金钢论文; 温度论文; 薄壁论文; 小径论文; 耐热钢论文; 裂纹论文; 质量论文; 《电力设备》2018年第13期论文;