T/P122材料是在12Cr钢(X20CrMoV121)的基础上,通过减少C、Mo、S、P的含量,添加W、Cu、Nb、B、N等合金元素,而开发形成的具有高的热强性和耐蚀性的铁素体耐热钢,即T/P122。这种钢的耐蚀性优于9Cr钢,许用应力是T/P91钢的1.3倍,焊接性良好,目前主要用于电厂锅炉中的过热器管道。
T/P122材料在正火+回火状态下使用,供货状态为典型的板条状回火马氏体组织(含少量铁素体),其Ms点温度大约350℃左右,Mf点温度在80℃以上[1],所以在焊接过程中,当从高温奥氏体冷却过程中,在比较宽的冷却速度范围内,焊缝及部分热影响区的奥氏体组织将完全转化为马氏体组织,在高的淬火应力下使焊缝的冷裂倾向增大。另外T122型钢材对氢致裂纹也较敏感。为获得满意的焊缝性能,一方面要选择低氢的焊接材料及合理的焊接工艺,另外一方面要严格控制焊接过程中的预热温度﹑层间温度及焊后热处理温度。以降低氢致裂纹敏感性,消除淬火应力,改善接头金相组织,避免冷裂纹的产生。本公司经过实践,解决了T122钢管焊接热处理碰到的质量问题,使焊后质量检验一次合格,确保了焊接接头的质量。
1 热处理设备及装置 XDJW-D-360KW热处理控制柜 硅酸铝纤维毡 电源线 K型热电偶 K型Ⅱ级焊接热电偶丝 K型补偿导线 铅丝 柔性陶瓷电阻加热器
1 热处理工艺措施
热处理温度的设定 热处理温度的设定应考虑到热电偶的误差、热处理机的系统误差等因素,实际设定温度为 T设=T+A+B (1-1) 其中:T设 ― 热处理机设定温度(℃) T ― 焊后热处理温度(℃) A ― 热电偶误差(℃) B ―热处理机系统误差
2 焊接质量检验 3.1硬度检查 现场采用HLN-1A便携式硬度计对焊缝进行硬度检查,检查前应对焊缝表面进行打磨处理,以去除表面氧化皮及脱碳层,表面粗糙度Ra<6.3µm,图3为由焊缝中心向母才不同距离处的硬度值,可见焊缝及近缝区母才的硬度范围为HB230-245,焊口质量符合华能电厂T122钢焊接质量检验导则标准。 3.2 微观组织结构 金相制备和观察按《DL/T 884-2004 火电厂金相检验与技术评定技术导则》和《DL/T652-1998金相复型技术工艺导则》采用金相复膜法,在OLYMPUS-PM3型金相显微镜下观察复膜后金相组织,焊缝区金相组织如图4所示。可见,焊缝及热影响区组织均为清晰的板条状的回火马氏体组织。 图3 T122焊缝区金相组织 4 分析与讨论 对T122钢管处理采用表二所示热处理工艺参数,因为手工电弧焊接冷却速度较快,所以其预热温度高于氩弧焊预热温度,一般认为对于Cr>2%的耐热钢,其焊接预热温度不应超过马氏体转变结束点温度,否则,热处理后将得到残留部分未转变的奥氏体,最终其转变为马氏体组织使焊缝的塑性,韧性变差[2]。因为T122钢的合金元素含量很高,冷裂敏感性很大,为避免层间产生淬硬裂纹,控制预热温度为150~250℃,高于马氏体转变结束温度80℃。但焊完必须缓冷至Mf点以下,以便残余奥氏体组织完全转变为马氏体组织,然后再对焊缝进行高温回火处理,在回火处理时,马氏体开始发生回复,形成亚稳的回火马氏体多边化的亚晶结构,但其板条形态不消失,回复后从过饱和的α固溶体中析出弥散的ε-碳化物。马氏体分解后形成的低碳α和弥散ε-碳化物组成的复相组织称为回火马氏体。这种组织在光学显微镜下仍呈板条状。由T122钢焊接CCT图[4]可见。,由于马氏体的转变温度高(350℃左右),在相当缓慢的冷却速度下,T122钢的HAZ组织也是马氏体,同样焊后热处理促使碳化物从马氏体中析出形成回火马氏体。由于焊接热循环的作用使得过热区晶粒长大,所以造成粗大的回火马氏体组织。
3 结论 (1)对T122四级过热器的现场焊接热处理工艺进行了实践,确定了合理的焊接工业热处理工艺规范。 (2)焊后质量检验结果表明,焊缝区硬度范围为HB230-255,焊缝及热影响区的金相组织均为回火马氏体组织,符合华能电厂T122钢焊接质量检验导则的要求。