发布时间 : 星期一 文章SA-335P91管道焊接工艺研究 - 图文更新完毕开始阅读41108a74f61fb7360a4c655c
摘要
在这快速发展的21世纪，各行各业都在快速的发展，因而对能源的需求在不断呈增长的趋势，特别是电力行业和石油化工行业增加极为明显。则需要更好的设施支持这些行业的发展。因而具有热强性、耐腐蚀的SA-335P91马氏体钢被大量的应用在这些行业。SA-335P91钢具有承受高温、高压力等优点，但也有许多不足的地方。都说成分决定组织，组织决定性能，其SA-335P91钢的组织为马氏体，其马氏体组织就决定P91钢硬而脆的特点，这种硬而脆的特点就导致了P91钢焊接性不好。因而人们就会不断的研究P91钢的焊接工艺，希望优化其焊接工艺，为以后的实际生产带来帮助。本文也对P1钢进行了焊接工艺的研究，通过拟定焊接工艺，然后对P91钢进行焊接性实验和焊接环缝接头实验，最终基本掌握了P91管道焊接工艺。
关键字： 焊接性 焊接工艺 焊接工艺评定
Abstract
Rapid development in the 21st century, the rapid development in all walks of life, and thus the demand for energy continues an upward trend, especially in the power industry and petrochemical industry increased very significantly. You need better facilities to support these industries. Which has a heat resistance, corrosion-resistant SA-335P91 martensitic steel is used in a lot of these industries. SA-335P91 steel to withstand high temperature, high pressure, etc., but there are many shortcomings. Said composition determine the organization, determines performance, the SA-335P91 martensite steel, the P91 steel martensite decision characteristics of hard and brittle, hard and brittle characteristics of this has led to the P91 steel welding not good. So people will continue to study P91 steel welding process, want to optimize the welding process, the actual production for the future to bring help. This article also P1 steel welding technology research, through the development of welding technology, then P91 steel welding experiments and girth weld joint experiments, the final basic grasp of P91 pipe welding process.
Key words: Weldability welding process welding procedure qualification
1 前 言
SA-335P91钢是由美国燃烧工程公司与美国橡树岭国家实验室在9CrlMo钢的基础上，加入少量的v、Nb等元素的基础上研研究开发的，由于其出色的常温性能和650℃以下的优良的持久和蠕变性能、低的线膨胀系数、良好的工艺性、成本低（合金量9.5-11.5％）以及长期高温运行下优异的组织稳定性，使它得以一枝独秀地得到迅速推广与发展[1]。近几十年来, SA-335P91钢在欧美和日本等国被广泛地应用于电站及石油化工行业，。我国于1987年开始引进使用这种钢，并已在十几个电厂中得到应用[2]。SA-335P91钢是一种改进型的9Cr-1Mo高强度马氏体耐热钢， 与传统的Cr-Mo耐热钢相比, 具有高温强度高、抗蠕变性能和抗氧化性能
[3]
好等优点。SA-335P91钢不仅可以提高设备使用的安全性, 而且还能有效降低设备的重量, 减少材料的用量, 并为设备的安装、焊接、检验和检修带来极大的便利。
SA-335P91马氏体钢有着良好的抗氧化性和耐热性，广泛被应用到大型火力发电站机组建设中[3]。但 SA-335P91属于马氏体耐热钢，而马氏体耐热钢在焊接过程中会出现接头脆化、软化和冷裂纹等各种问题。由于SA-335P91钢在我国电站锅炉中应用时间短，锅炉制造和现场安装单位对的SA-335P91焊接工艺特点掌握不够、研究得也比其它成熟钢种少，因此对SA-335P91焊接、热处理的特点都需要在施工过程中摸索和完善。
为保证P91钢管道的焊接接头质量和性能满足要求，必须根据P91钢的焊接特性进行焊接工艺研究，并进行相应的焊接工艺评定试验验证工艺的正确性，以此作为工厂制造、现场安装中焊接施工的依据。或者对SA-335P91马氏体钢管道现行焊接工艺不足的地方进行改进和优化，以提高焊接接头质量和性能，减少缺陷的发生。因此，研究SA-335P91马氏体钢管道焊接工艺有着极其重要的意义。
2 SA-335P91钢的成分及性能
2.1 SA-335P91钢材的化学成分(表2-1)
SA335-P91钢是一种改良型的9Cr-1Mo马氏体钢种加入V、Nb等合金元素，具有良好的抗高温氧化和抗蠕变性能[3]。P91钢金棚组织和亚结构的不同导致其力学性能的差异。淬态马氏体回复为破碎的、晶粒细小的回火马氏体组织。优于同复为位向明显、板条粗大的回火马氏体组织。亚结构上表现为淬态马氏体适当回复、多边形化。并析出细小弥散分布的碳化物和高密度分布的位错网，可保证P91钢具有良好的热强性。由下面表2-1的SA335-P91钢的化学成分可知，C、S、P含量低，纯净度很高，但也可以看出，除了C、S、P含量很低外，其他的Mn、Cr、Mo的含量很高，其合金含量高达10%以上，属于高合金钢，因而SA335-P91钢的强度很高，但韧性很差。
表2-1 SA335-P91钢的化学成分
C
Mn
P ≤
S ≤
Si
Cr
Mo
V
[4]
N Ni ≤
Al ≤
Nb 0.06～0.10
0.08～0.30～0.12
0.20～8.0～0.85～0.18～0.03～
9.50
1.05
0.25
0.07
0.60 0.020 0.010 0.50
0.40 0.04
2.2 SA-335P91钢的常温力学性能（表2-2）
表2-2 SA335-P91钢的常温力学性能
σb(Mpa) ≥585
σ0.2(Mpa) ≥415
δ(%) ≥20
[5]
AKV(J) ≥41
硬度HB ≤250
SA-335P91钢属于马氏体耐热钢，有着较好高温持久性能，同时由于P91钢有着很强的强度，因而可在高压高温下运行使用，在现在的火力发电厂以及管道得到很好地应用。由表2-1可以看出，P91钢中合金元素含量很高，因而从高温慢慢冷却过程中，合金元素就会固溶于铁素体基体中，导致形成过饱和，从而晶格发生一定的畸变。P91 铬含量为8.0%—9.50%，鉬的含量为0.85%—1.05%，与一般的Cr-Mo耐热钢相比，SA-335P91钢耐氧化性和高温腐蚀性能与9%Cr钢比较相似，但比一般的耐热钢有着更好的高温强度，也可以说是热强钢，及在高温下又既有一定抗氧化性，又有一定的高温强度。由表2-2可以看出，SA-335P91马氏体钢的抗拉强度大于等于580Mpa，屈服强度大于等于450Mpa，这说明了在拉伸试验过程首先发生屈服然后断裂，也可以看出SA-335P91钢在常温下强度较高、屈强比较大。
SA-335P91马氏体钢的伸长率为20%，在材料力学中一般伸长率δ＞5%的材料称为塑性材料，因而SA-335P91钢有一定的塑韧性，可以归结为为塑性材料；冲击吸收功AKV为41J，材料韧性也较好；SA-335P91钢的硬度小于等于250HB，硬度不高。
由表2-1化学成分和表2-2室温力学性能可以看出SA-335P91的综合力学性能较好，