文档介绍：A335-P91材料管道焊接
技术质量部
前言:
9Cr—1Mo(SA335—P91 SA213—T91)钢是美国于七十年代末八十年代初开发的新型马氏体耐热钢,以其热膨胀系数,弹性模量、蠕变性能以及抗氧化性等多方面的优胜在许多国家的电站的主蒸汽管道中得以广泛的应用。
由于其材料特殊性,焊接工艺、热处理的特点需要在施工过程中摸索,而且管道对口、安装顺序对焊接质量也起着关键作用。
为保证P91钢管道的焊接工艺和焊接质量达到要求,首先必须制订出P91钢焊接工艺、安装要求,做为指导焊接工艺评定及现场焊接施工的依据,在现场施工过程中严格执行工艺要求。
P91合金管钢相当于国标10Cr9Mo1VNb。该钢是在9Cr-1Mo的基础上,适当地降低了C、S、P含量,添加微量的V、Nb、N元素,其化学成分和常温力学性能见表1,表2.
与P91钢对应的德国钢号为X10CrMoVNNb91,日本钢号为HCM95,法国则为TUZ10CDVNb0901
表1 P91钢的化学成分(%)
材质
化学成分
A335-P91
C
Mn
P
S
Si
Cr
Mo
其他
-
-
-
-
-
V -;N —;Ni≤;
Al≤;Ti≤;Zr≤;Nb -
表2 P91钢的常温力学性能
标准
屈服极限
(MPa)
抗拉强度
σb(MPa)
延伸率
δ5(%)
硬度
(HB)
SA-335 P91
≥415
≥585
≥20
≤250
P91合金钢管特点:
不仅具有高的抗氧化性能和抗高温蒸汽腐蚀性能,而且还具有良好的冲击韧性和高而稳定的持久塑性及热强性能。在使用温度低于620℃时,其许用应力高于奥氏体不锈钢。在550℃以上,-1Mo钢的两倍。
P91合金管在不预热条件下进行焊接时,产生裂纹的机率是100%。可以说P91合金钢管具有较大的冷裂纹倾向,一般认为当预热温度提高到200—250℃时,就可有效避免冷裂纹的产生。
由于P91材料焊接工艺特性的要求,往往业主、监理对其焊接的整个过程严格控制,在对口、预热、点固焊、GTAW封底焊接、SMAW焊接、层间温度、层间厚度、根层探伤、外观检查、最终热处理、无损检验等多道工序进行监控。
P91材料焊接时存在的问题
1、热影响区淬硬组织的产生
P91材料,高温下奥氏体十分稳定,要冷却到较低温度(约400℃)才能变为马氏体。粗大的马氏体组织脆而硬,接头又处在复杂应力状态下。同时,焊缝冷却过程中氢由焊缝向近缝区扩散,氢的存在促使了马氏体脆化,其综合作用的结果,很容易在淬硬区产生冷裂纹。
由于热影响区的各种组织具有不同的密度、膨胀系数和不同的晶格形式,在加热和冷却过程中必然会伴有不同的体积膨胀和收缩;另一方面,由于焊接加热具有不均匀和温度高的特点,故而P91焊接接头内部应力很大。
2、热影响区晶粒长大 焊接热循环对焊接头热影响区的晶粒长大有重大的影响,特别是紧邻加热温度达到最高的熔合区。当冷却速度较小时,在焊接热影响区会出现粗大的块状铁素体和碳化物组织,使钢材的塑性明显下降;冷却速度大时,由于产生了粗大的马氏体组织,也会使焊接接头塑性下降。
总的来说,P91钢的焊接,主要需注意两方面的问题,
一是防止焊缝和热影响区脆化及裂纹,在热影响区或焊缝金属中尽量减小粗晶区;
二是减少拘束度,从而降低焊接接头残余应力,防止产生裂纹。
合金元素在P91钢中的作用:
,随含碳量的增加,钢的短时强度上升,塑性、韧性下降,对P91这类马氏体钢而言,含碳量的上升会加快碳化物球化和聚集速度,加速合金元素的再分配,降低钢的焊接性、耐蚀性和抗氧化性,故耐热钢一般都希望降低含碳量,但含碳太低,钢的强度将降低。P91钢与12Cr1MoV钢相比,含碳量降低20%,这是综合考虑上述因素的影响而决定的。 ,氮的作用体现在两个方面。一方面起固溶强化作用,常温下氮在钢中的溶解度很小,P91钢焊后热影响区在焊接加热和焊后热处理过程中,将先后出现VN的固溶和析出过程:焊接加热时热影响区内已形成的奥氏体组织由于VN的溶入,氮含量增加,此后常温组织中的过饱和程度提高,在随后的焊后热处理中有细小的VN析出,这增加了组织稳定性,提高了热影响区的持久强度值。另一方面,P91钢中还含有少量A1,氮能与其形成A1N,A1N在1 100℃以上才大量溶入基体,在较低温度下又重新析出,能起到较好的弥散强化