关键词：P91管道 热处理 质量控制
1.前言
随我国工业化发展，各电厂对压力管道的耐高温、耐高压提出了越来越高的要求。SA335-P91钢（以下简称P91）作为马氏体耐热钢，有良好的焊接性及高温稳定性受到各电厂欢迎。但P91易产生氢致脆断，且需形成完全回火马氏体，应对影响其性能的热处理关键因素进行分析，保证质量。
2.P91材料简介及成分分
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根据国际焊接学会推荐公式：
Ceq=C+Mn/6+（Ni+Cu）/15+（Cr+Mo+V）/5≈2.13%
材料含碳量分析：SA335-P91钢属于空冷马氏体钢，组织为马氏体，状态一般为正火+回火。根据公式计算P91的Ceq值远大于0.6%，所以该钢具有很大的淬硬倾向，预热不当易产生裂纹。P91钢的MF温度为100℃，MS温度为380℃，AC1温度为810℃。焊态下，P91为未回火的马氏体硬且脆，韧性较差，存在应力腐蚀裂纹倾向。除控制焊接的热输入外，焊前预热及焊后热处理是保障形成完全回火马氏体及保证最终的韧性的重要因素。
3.热处理对材料的影响分析
P91焊接接头焊后状态为不稳定未回火马氏体组织，必须热处理是保证P91焊缝性能的重要环节，P91钢对热处理温度要求比较严格，回火温度过高时，超过母材和焊缝金属的AC1点，导致新的奥氏体相生成，在随后的冷却中转变成未回火的马氏体组织，降低接头的整体性能。回火温度偏低，则达不到应有的回火效果，可能会造成焊接接头韧性不足。长时间加热或焊后热处理加热时机不当，会损失材料的持久强度及无法满足最终回火马氏体的要求。
4.工艺及其操作性质量控制
4.1焊后热处理控制要点
热处理时机：P91钢属于马氏体耐热钢，转变终了温度为120℃左右，焊接后未获得完全的回火马氏体焊接接头，所以焊后不能立即进行热处理，必须冷却到MF点以下的80-100℃，并保持一定时间，待马氏体转变完全后，立即进行焊后热处理。
4.2.1热电偶的安装与布置
热电偶的正确布置是正确反映部件温度的前提，布置控温热电偶的布置应以焊缝为中心布置的环向电阻加热带，沿着焊缝中心线布置。测温热电偶主要是为了反映所关心的区域内温度、温度梯度是否超出预定范围及控温热电偶是否正常工作。测温热电偶布置应在焊缝中心线、均温区的边缘、加热带边缘。当管道外侧用K型热电偶，管道焊接在5G、6G位置时，应设于12点及6点两只热电偶；2G位置时，两只热电偶应对称布置。
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4.2.2加热宽度和保温宽度控制
焊后热处理过程中，由于管道散热的原因，从加热中心区向两侧延伸区域存在较大的温度梯度，该温度梯度实对焊缝热处理均温区温差同样有非常大的影响。且温差随管道管径以及壁厚的增加而加大。克服温差影响，应设置合理的加热宽度和保温宽度，焊后热处理工艺导则给定了相应的计算公式。
推荐的最小加热区宽度取下面的最大值：
（a）HBo=SB+50mm （b）HB1=SB+√4Rt
（c）HB2=Hi[（OD2-ID2）/2+ID×SB]/OD
式中：Hi：为管道加热面积与散热面积之比，Hi=Ae/（2Acs+Ai）对公OD:管道的外径 ID:管道的内径 SB：均温区宽度 t:管道的名义壁厚R：管道的内径 Ae：外表面加热带面积 Acs：管壁的横截面积 Ai：均温区内表面积（以焊缝为中心取4t宽）
4.2.3保温时间
焊后热处理的的保温直接影响焊缝硬度和塑性，单纯的延长保温时间的作用不明显，甚至会直接影响最终P91材料的硬度。所以保温时间应根据管道壁厚、加热温度、加热方式、保温散热条件等条件综合考虑。通常建议在110℃保温2h，使奥氏体全部转化为马氏体，≤150℃/h进行升温，升到750-770℃保温5-6h。
4.2.4补偿导线：
补偿导线布置应远离供电线路，尽可能布置在温度较低的环境。补偿导线与热电偶及仪表端子的接头处于相同的环境中；补偿导线与热电偶连接必须采用连接座可靠连接，不得拧在一起，保证期合理的曲率半径弯曲和绕卷。
5.管理控制措施
1）热处理人员包括技术人员和热处理工，人员应经过专门的培训取得热处理资格证书，且在有效期内，操作前应技术交底，了解各项参数及热处理时机。
2）热处理设备包括加热设备，测控温设备，检验设备。所有材料必须认真进行入场检验，检查质量证明文件，加热设备应定期进行标定与校准。
3）热处理温度记录曲线按照施工处理程序进行，并由焊接热处理的技术人员进行现场监督和指导，热处理后进行硬度测试，对其焊缝以及影响区硬度平均值进行测定，每个测定部位最少应选取三个点，从而确保测定结果的科学性，验证热处理的最终结果。
4）施工环境进行控制，做好防风、雨、雪等措施，保证施工环境满足要求。热处理过程中应防止断电，并制定应急措施。
6.结束语
热处理直接影响着P91材料焊接接头的性能和使用安全。因此，必须在对其预热、焊接后热处理及管理措施上进行重点的控制，才能保证焊接接头最终的使用性能。
参考文献
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[3]郑准备，张兵，王小迎.P91钢性能与组织结构研究.
论文作者:付佐健
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第24期
论文发表时间:2020/1/16
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