P92钢焊接工艺性能试验研究

彭志辉

摘 要：作为超超临界和超临界机组主蒸汽管道用材料，P92钢具有较好的耐高温和蠕变性能。但就目前的情况看，P92钢在焊接工艺方面存在冷裂纹、热影响区软化和焊接接头脆化等现象，影响了它的应用。因此，对P92钢焊接工艺性能试验问题进行了研究，分别对P92钢焊接工艺进行了焊接裂纹试验、热影响区最高硬度试验、再热裂纹试验和焊接接头力学性能试验，从而更好地了解P92钢的焊接工艺和性能。

关键词：P92钢；焊接工艺；性能试验；冷裂纹

中图分类号：TG457.11 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.107

在T/P91的基础上，P92钢得到了开发。在化学成分方面，P92钢的钼元素含量得以降低，而钨、硼元素的含量得到了增加。相比于其他铬钼耐热钢，P92钢具有更好的耐高温能力，且具有较好的蠕变性能。在相同的工作温度、压力和寿命等条件下，使用P92钢能减轻锅炉系统的质量、提高管道结构的设计温度，且系统具有较高的热效率。但在焊接工艺性能方面，P92钢的应用仍存在一定的问题，需要得到进一步验证。

1 P92钢焊接工艺性能问题分析

1.1 冷裂纹问题

就实际情况看，P92钢中含有的C、S、P的数量较少，且这些元素的纯净度也较高，因此，P92钢有较好的耐高温性能。但P92钢中的合金含量占到了总量的10%以上，属于高合金钢类型。因此，P92钢本身具有一定的冷裂纹倾向，进而在焊接过程中可能出现冷裂纹。

1.2 热影响区软化问题

在焊接P92钢时，在一定的温度条件下，P92钢的热影响区的不完全正火区金属会发生部分奥氏体化，但这一温度条件下的金属沉淀强化无法得到完全溶解，进而在后续热处理过程中，未溶解的沉淀会粗化，导致该区域的材料强度降低，并形成相应的软化区。在情况持续恶化的情况下，软化区会出现裂纹，进而降低P92钢的蠕变强度。就目前的情况看，焊接规范、预热和焊后的热处理等内容都会影响焊接热影响区的软化程度。

1.3 焊接接头脆化问题

在焊缝熔池金属流动性差和焊缝温度过低的情况下，焊缝金属会出现不均匀的问题，并引发偏析现象。如果焊缝熔池温度过高，则又造成焊接接头过热区晶粒变大，进而引起脆化。在热区温度超过1 100 ℃的情况下，焊接接头晶粒长度增长较快，进而发生脆化。此外，P92钢本身具有含量较高的合金成分，因此，其遇到冷空气时易脆化。

2 P92钢焊接工艺性能试验研究

2.1 焊接裂纹试验研究

在进行焊接裂纹试验研究时，可采用国产P92钢为试验材料，并将6副试板分别在不预热、50 ℃、100 ℃、120 ℃、150 ℃和200 ℃的预热条件下焊接。而在得出产生裂纹和不产生裂纹的预热温度后，需要取两个温度的中间值试验，以获得精确的预热温度。在试板焊接48 h后进行PT检测可发现，在预热温度≤120 ℃的情况下，试板的裂纹率为100%；预热温度>150 ℃的情况下，试板表面未出现缺陷。此外，因需要防止在焊接过程中出现硬脆马氏体组织，P92钢焊接工艺的预热温度不宜高于250 ℃。

2.2 热影响区最高硬度试验研究

进行P92焊接热影响区的最高硬度试验可有效评判钢材淬颖和冷裂倾向。在试验中，需要使两副试板分别在室温和预热温度200 ℃下焊接。其中，室温焊接的试板宽度为75 mm，200 ℃下焊接的试件板宽度为150 mm。对不预热试件热影响区硬度分布情况进行观测可发现，不预热的试件热影响区硬度比母材硬度高。此外，预热试件热影响区的硬度要明显低于未预热试件热影响区的硬度，最高差值可达20HV10左右。

2.3 再热裂纹试验研究

P92钢焊接接头的过热区具有不同程度的再热裂纹敏感性，想要消除应力，就要进行相应的试验研究。在试验中，可采用斜Y形坡口焊接裂纹试验方法试验。具体而言，在焊接试件通过PT检测后对经焊热处理的试件进行取样，在此基础上，从每个试件上取5个有效的截面进行再热裂纹试样形貌的宏、微观检查，如下图1所示。从试验结果看，当预热温度在710～790 ℃之间时，P92钢不会出现再热裂纹。

图1 再热裂纹试样形貌

2.4 焊接接头力学性能试验研究

在对焊接接头的力学性能进行试验研究时，可采取坡口形式的P92钢材。在试验过程中，需对试板的弯曲强度、常温拉力和冲击强度进行检验。试验发现，试板的弯心直径为48 mm，弯曲角度为180°。同时，常温试验中的试样完好，抗拉强度在645～675 MPa之间。此外，试板的冲击强度也能满足相关要求。因此，从试验结果看，在常温条件下，P92钢的力学性能可满足产品制造的要求。

3 结束语

综上所述，从P92钢焊接工艺性能的多个试验结果可看出，想要防止焊接过程中出现冷裂纹，就需要在焊接前进行200 ℃的工件预热处理。同时，对于焊接接头过热区的再热裂纹敏感性问题，需要在710～790 ℃的温度条件下进行P92钢的热处理，以免出现再热裂纹倾向。总而言之，利用实际生产中的焊接工艺焊接P92钢，焊接接头的力学性能可满足相应的生产要求。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕