改善T92钢焊接接头组织和性能的方法及T92钢焊接接头技术

本发明专利技术涉及一种本发明专利技术改善T92钢焊接接头组织和性能的方法，通过对熔敷金属以及焊接接头的试验分析了T/92钢铁素体耐热钢的焊接性，分析三种不同成分熔敷金属及焊接接头的力学性能，并且和进口焊丝的焊接性进行了对比研究，分析了镍含量和不同焊后热处理工艺及冷却速度对T/P92铁素体耐热钢焊缝组织及力学性能的影响机理，得出的对T92钢焊接接头的合理的预热温度、热输入、层间温度以及焊后热处理工艺的控制以及镍含量。

Method for improving microstructure and properties of welded joint of T92 steel and welded joint of T92 steel

The invention relates to a method of the invention is to improve the microstructure and properties of welded joint of T92 steel, through the test of deposited metal and welded joint of T/92 steel ferritic heat-resistant steel welding, analysis of three kinds of deposited metal of different components and the mechanical properties of the welded joints, and welding of imported wire comparative study of nickel content and different heat treatment after welding process and cooling rate of T/P92 ferrite effect and mechanical properties of heat resistant steel weld organization mechanism, draw on the welded joint of T92 steel and reasonable preheating temperature, heat input, interpass temperature and heat treatment after welding process control and nickel content.

【技术实现步骤摘要】
改善T92钢焊接接头组织和性能的方法及T92钢焊接接头
本专利技术涉及一种改善T92钢焊接接头组织和性能的方法及T92钢焊接接头。
技术介绍
为了提高火电厂发电效率，降低CO2气体的排放和燃料的大量消耗，世界各国都在研制具有更高使用温度(≥600℃)和工作压力(≥31MPa)的汽机进口蒸汽参数的超临界和超超临界机组。然而高温高压下具有长时间使用寿命的材料的开发成为发展超临界及超超临界机组的关键。T92焊接过程中，焊接接头冲击韧性远低于母材的冲击韧性是T92钢应用过程中遇到的一个突出的问题。由于T92钢在时效后韧性下降非常快，因此提高焊接接头在时效前的韧性以提高接头的韧性储备，是保持其时效后韧性的有效手段。虽然世界各国的焊接工作者从焊接材料、焊接工艺、焊后热处理等方面进行了大量的研究工作，但接头韧性仍然没有得到本质的提高。由于T92钢研制成功的时间很短，加上超超临界机组发展和建造的迫切需要，因此目前大量的研究集中在工程技术应用领域。焊接材料及焊接工艺的研究也主要是以达到ASME标准对该类钢冲击韧性的最低要求为目标，对于焊接冲击韧性不足的深层次原因尚缺乏系统的理论研究。而通过弄清T92钢焊接接头冲击韧性远低于母材的微观机理，对T92钢焊接材料的研制和制定合理的焊接工艺具有重要的指导意义。有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种改善T92钢焊接接头组织和性能的方法及T92钢焊接接头，使其更具有产业上的利用价值。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种开发出针对T92耐热钢专用的焊接匹配材料的改善T92钢焊接接头组织和性能的方法及T92钢焊接接头。本专利技术改善T92钢焊接接头组织和性能的方法，其特征在于，分析三种不同成分熔敷金属及焊接接头的力学性能，和进口焊丝的焊接性进行了对比研究，分析了镍含量和不同焊后热处理工艺及冷却速度对T/P92铁素体耐热钢焊缝组织及力学性能的影响机理，得出的对T92钢焊接接头的合理的预热温度、热输入、层间温度以及焊后热处理工艺的控制以及镍含量。进一步地，具体包括：选取1号、2号、3号三种焊丝直径均为1.6mm，Ni的含量不同的焊丝；1号、2号、3号三种焊丝各元素含量质量百分比如下表所示，其中三种焊丝中S、P、O杂质元素的含量≤0.005％；对三种焊丝分别进行焊丝金属熔敷，然后对T92钢焊接接头在焊后24小时内对焊接试板采用如下热处理工艺：760℃×2h保温，随炉冷却至350℃取出试板，在空气中冷却至室温；分析熔敷金属力学性能、熔敷金属微观组织和断口、熔敷金属相变点及析出物类型的热力学计算；进行熔敷金属的化学成分检测、熔敷金属的微观组织分析、熔敷金属的析出相分析、熔敷金属的力学性能分析、T92焊丝熔敷金属扫描断口分析，得到微合金元素对熔敷金属组织和性能的影响结果，选取2号焊丝进行焊后热处理及冷却速度t8/5对焊缝组织和性能的影响分析；焊后热处理及冷却速度t8/5对焊缝组织和性能的影响分析包括：对2号焊缝金属进行如下热处理工艺：选取740℃、760℃和800℃三个温度作为热处理保温温度，每个温度下分别保温2h、4h和8h，分别研究温度和保温时间对焊缝金属性能的影响；不同热处理工艺下断口形貌分析；选取2号焊丝作为热模拟对象，模拟t8/5分别为5s、10s、20s和70s时焊缝的金相组织，对模拟后的焊缝未采取热处理；以5gFeCl3、15mlHCI和80mlH2O的混合腐蚀溶液腐蚀金相组织；从t8/5从5s到70s的冷却范围内，组织均为马氏体组织，说明焊缝金属在较宽的一个热输入条件下均可得到马氏体组织，一般随着焊接热输入的增加，其组织的晶粒会变的粗大，韧性变差。硬度也会增加；T92耐热钢焊接接头的组织和性能研究，包括：选择2号焊丝和进口的ThermanitMTS-616焊丝进行试验，试验用钢管为进口的T92管，该钢管的化学成分(wt％)为:C0.11％；Mn0.47％；Cr:8.8％；Wl.9％；Nb0.068％；Ni0.40％；Al0.04％；N0.05％；B0.004％；Si0.37％；V0.22％；Mo0.45％；S,P≤0.01％，管的外径为35mm,内径为30mm，管厚为5mm；对两种焊丝采用采用手工钨极氩弧焊焊接，两种焊丝焊完后，均采用相同的热处理制度：760℃×2h保温，随炉冷却至350℃取出焊管，在空气中冷却至室温；然后，将两种焊丝进行对比分析焊接接头显微组织分析、焊接接头冲击和拉伸断口分析；基于上述试验分析得到：熔敷金属中随Ni含量的增加，熔敷金属的强度逐渐变大。当Ni含量＜1.0％时，熔敷金属的韧性随Ni含量的增加而提高。当Ni含量≥1.0％时，过于促使奥氏体形成温度降低。熔敷金属的AC1点明显低于焊后热处理温度(760℃)，室温下回火组织不均匀，Ni含量应控制在＜1.0％，使得熔敷金属或焊缝的AC1点接近母材T/P92钢的AC1点(800～845℃)在焊缝金属在AC1点以下回火时，随着保温时间和回火温度的提高，焊缝金属的韧性增加。进一步地，熔敷金属微观组织和断口分析：熔敷金属的合金成分采用火花源发射光谱法GB/T11170-2008测定；沿焊道纵向截取金相观察用试样，经研磨抛光后采用5gCuCl2、30mlHCI、25ml酒精和30mlH2O的混合腐蚀溶液进行腐蚀，采用MEF-4M型金相显微镜和SCIAS6.0图象分析系统分析熔敷金属的微观显微组织；熔敷金属中的第二相以及冲击断口的形貌分析采用日立S-4300型扫描电镜(ScanningElectronMicroscope)及配套的能谱仪(EnergyDispersiveSpectrometer)。采用H-800型透射电镜(TransmissionElectronMicroscope)分析熔敷金属的的精细结构以及对熔敷金属中析出的第二相进行定性分析；为了确定熔敷金属中可能存在的析出相，对熔敷金属进行第二相的电解萃取；采用PHLIPSAPD-10X射线衍射仪分析熔敷金属的相组成。本专利技术T92钢焊接接头，包括如下原料成分，且原料成分的质量百分比为：NO2，C0.10，Mn＜1.0，Nb0.035，B＜0.005，Ni0.68，Cr8.79，N0.073，Si0.22，Mo＜1.0，W＜2.0，V0.20以及S、P、O杂质元素的含量≤0.005％。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：(1)通过合理的预热温度、热输入、层间温度以及焊后热处理工艺的控制，焊接过程中不易产生各类缺陷，也不易形成冷裂纹，表现为良好的焊接性。(2)焊缝中主要析出物为Cr23C6相，沿晶界和亚晶界分布。其次为V的碳氮化合物、痕量Nb的碳氮化合物在马氏体板条束或块的内部分布，熔敷金属中不存在Laves相。其Laves相主要在高温长时间时效下析出。(3)熔敷金属中随Ni含量的增加，熔敷金属的强度逐渐变大。当Ni含量＜1.0％时，熔敷金属的韧性随Ni含量的增加而提高。当Ni含量≥1.0％时，过于促使奥氏体形成温度降低。熔敷金属的AC1点明显低于焊后热处理温度(760℃)，室温下回火组织不均匀，Ni含量应控制在＜1.0％，使得熔敷金属或焊缝的AC1点接近母材T/P92钢的AC1点(800～845℃)。(4)在焊缝金属在AC1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善T92钢焊接接头组织和性能的方法，其特征在于，分析三种不同成分熔敷金属及焊接接头的力学性能，和进口焊丝的焊接性进行了对比研究，分析了镍含量和不同焊后热处理工艺及冷却速度对T/P92铁素体耐热钢焊缝组织及力学性能的影响机理，得出的对T92钢焊接接头的合理的预热温度、热输入、层间温度以及焊后热处理工艺的控制以及镍含量。

【技术特征摘要】
1.一种改善T92钢焊接接头组织和性能的方法，其特征在于，分析三种不同成分熔敷金属及焊接接头的力学性能，和进口焊丝的焊接性进行了对比研究，分析了镍含量和不同焊后热处理工艺及冷却速度对T/P92铁素体耐热钢焊缝组织及力学性能的影响机理，得出的对T92钢焊接接头的合理的预热温度、热输入、层间温度以及焊后热处理工艺的控制以及镍含量。2.根据权利要求1所述的改善T92钢焊接接头组织和性能的方法，其特征在于，具体包括：选取1号、2号、3号三种焊丝直径均为1.6mm，Ni的含量不同的焊丝；1号、2号、3号三种焊丝各元素含量质量百分比如下表所示，其中三种焊丝中S、P、O杂质元素的含量≤0.005％；对三种焊丝分别进行焊丝金属熔敷，然后对T92钢焊接接头在焊后24小时内对焊接试板采用如下热处理工艺：760℃×2h保温，随炉冷却至350℃取出试板，在空气中冷却至室温；分析熔敷金属力学性能、熔敷金属微观组织和断口、熔敷金属相变点及析出物类型的热力学计算；进行熔敷金属的化学成分检测、熔敷金属的微观组织分析、熔敷金属的析出相分析、熔敷金属的力学性能分析、T92焊丝熔敷金属扫描断口分析，得到微合金元素对熔敷金属组织和性能的影响结果，选取2号焊丝进行焊后热处理及冷却速度t8/5对焊缝组织和性能的影响分析；焊后热处理及冷却速度t8/5对焊缝组织和性能的影响分析包括：对2号焊缝金属进行如下热处理工艺：选取740℃、760℃和800℃三个温度作为热处理保温温度，每个温度下分别保温2h、4h和8h，分别研究温度和保温时间对焊缝金属性能的影响；不同热处理工艺下断口形貌分析；选取2号焊丝作为热模拟对象，模拟t8/5分别为5s、10s、20s和70s时焊缝的金相组织，对模拟后的焊缝未采取热处理；以5gFeCl3、15mlHCI和80mlH2O的混合腐蚀溶液腐蚀金相组织；从t8/5从5s到70s的冷却范围内，组织均为马氏体组织，说明焊缝金属在较宽的一个热输入条件下均可得到马氏体组织，一般随着焊接热输入的增加，其组织的晶粒会变的粗大，韧性变差。硬度也会增加；T92耐热钢焊接接头的组织和性能研究，包括：选择2号焊丝和进口的ThermanitMTS-616焊丝进行试验，试验用钢管为进口的T92管，该钢管的化学成分(wt％)为:C0.11％；Mn0.47％；Cr:8.8％；Wl.9％；Nb0.068％；Ni0.40％...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新，吴智泉，张志刚，王泽璞，王然，陈鑫，贾嘉，王丽伟，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11