一种提高新型马氏体耐热钢a355 p91焊缝韧性的方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高新型马氏体耐热钢A355P91焊缝韧性的方法，属于焊接及热处理【技术领域】。其步骤为：将新型马氏体耐热钢A355P91的焊件进行预热，预热温度区间为200~250℃，恒温两小时；层间温度控制为200~250℃；焊接后空冷至100~120℃，在100~120℃温度内恒温2小时；后热处理，将新型马氏体耐热钢A355P91焊件升温至300~350℃恒温2小时后，自然冷却；后热处理之后进行热处理过程，高温回火温度区间为770~780℃。本发明通过严格控制焊接、后热处理、热处理过程的温度曲线，既保证了焊缝的抗拉强度和屈服强度，又降低了表面的硬度，并增加焊缝的冲击韧性。
【专利说明】—种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接及热处理【技术领域】，更具体地说，涉及一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法。
【背景技术】[0002]随着电力工业的发展和全球对环境问题的日益关注，节约一次能源，加强环境保护，减少有害废气排放，降低地球温室效应，已引起国内外的高度重视。提高火电机组的热效率，采用超临界、超超临界机组是防止环境污染的有效途径之一。资源节约型、环境友好型机组是火力发电设备的新趋势。
[0003]现有技术中，大型火力发电厂锅炉机组参数的提高主要依赖新型钢材。上世纪60年代时，国外有过提高机组参数的尝试，但因钢材结构问题没有成功，最后均未成功。直到90年代，随着P91/P92新型耐热钢的出现，机组参数的提高才成为可能。但这些新型耐热钢的出现，为焊接工作提出了新的焊接课题。
[0004]A335 P91是一种新型汽水管道用耐热钢管材，它属于马氏体耐热钢，与以往国内电力工程中多用的A335 P22钢相比，具有更好的高温性能，最高使用温度达到650°C，在压力、温度、内径相同的情况下，主蒸汽管道及再热蒸汽管道热段采用A335 P91钢代替A335P22钢，壁厚可减少一半左右，可使工程造价大幅降低，而且又便于制造和安装，并且能提高系统的热效率。从20世纪90年代至今A335 P91钢在我国电力工程主蒸汽管道及再热蒸汽管道中也逐步得到了应用。针对马氏体耐热钢A335 P91的焊接工艺控制，目前已经相关技术方案公开，如中国专利申请号:200510012560.X,申请日:2005-06_02，发明创造名称:一种P91钢焊接方法的专利文件。
[0005]但是，针对新型马氏体耐热钢A355 P91的焊接及热处理工艺尚未有相关技术方案公开，采用现有技术中A335 P91钢的焊接工艺无法适用于新型马氏体耐热钢A355 P91的焊接，主要体现在两方面的性能不可兼得:I)焊缝的抗拉强度和屈服强度，2)焊缝的冲击韧性。A355 P91钢在施工现场施焊时，焊接质量问题时有发生，例如:焊缝表面的硬度超标，焊缝的冲击韧度低等。这表明，对配套焊接工艺要害技术的控制尚不到位，特别是焊接及热处理时的温度控制不到位。
【发明内容】
[0006]1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝表面的硬度超标，焊缝的冲击韧度低的问题，提供了一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，采用本发明的技术方案，能够实现降低焊缝的表面硬度、增加焊缝的冲击韧性的目的。
[0007]2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
本发明的一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，其步骤为:步骤一、焊前预热:
将新型马氏体耐热钢A355 P91的焊件进行预热，预热温度区间为200°C~250°C，恒温两小时；
步骤二、层间温度控制:
经过步骤一的预热过程后进行焊接，层间温度控制为200~250°C ；
步骤三、焊后马氏体转变处理:
经过步骤二焊接后，空冷至100~l20°C，在100°Cl20°C温度内恒温2小时；
步骤四、后热处理:
经过步骤三保温后，将新型马氏体耐热钢A355 P91焊件升温至300-350 V，在300°C350°C温度内恒温2小时后，再自然冷却；
步骤五、热处理过程:
经过步骤四的后热处理之后进行热处理过程，高温回火温度区间为770°C~780°C，其中:升温过程中，在400°C以下时，升温速率为120°C / h，在400°C以上时，升温速率为142°C /h ;在770~780C温度内恒温2小时；降温过程中，在400°C以上时，降温温速率为142°C / h，在400°C以下时，自然冷却。
[0008]优选地，步骤一中预热温度为230°C。步骤二中层间温度控制为235°C。步骤四中将焊件升温至330°C后保温。步骤五中高温回火温度为775°C。
[0009]3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果:
本发明的一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，通过严格控制焊接、后热处理、热处理过程的温度曲线，既保证了焊缝的抗拉强度和屈服强度，又降低了表面的硬度，并增加焊缝的冲击韧性。焊缝区域的抗拉强度≥585MPA，弯曲无裂纹，常温冲击值≥34J，焊缝及热影响区的硬度值(HB)≤241，金相符合要求。本发明简单易行，具有较高的工程应用价值。
【具体实施方式】
[0010]为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0011]实施例1
本实施例的一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，其步骤为:
步骤一、焊前预热:
由于新型马氏体耐热钢A355 P91可焊性差，尤其是大管径焊口在常温下焊接或预热不均匀时极易产生冷裂纹，所以对焊前预热的要求很高。将新型马氏体耐热钢A355 P91的焊件进行预热，预热温度区间为230°C，恒温两小时，具体在本实施例中预热到230°C的升温程序对焊缝韧性的提高非常关键，本实施例的具体升温程序如下:1)以升温速率:TC /min，从室温升温至80°C，并保温25min ;2)以升温速率4°C / min，从80°C升温至120°C，并保温20min ;3)以升温速率5°C / min，从120°C升温至160°C，并保温15min ;4)以升温速率60C / min，从160°C升温至200°C，并保温1Omin ;5)以升温速率7V / min，从200°C升温至230°C。升温速度由3°C / min慢慢增大至7°C / min，保温时间依次递减，采用上述升温程序， 申请人:惊奇的发现，能够显著增加焊缝的冲击韧性，且无冷裂纹产生。[0012]步骤二、层间温度控制:
经过步骤一的预热过程后进行焊接，层间温度控制为235°C。试验发现，在同样的电流下，增加焊层厚度或提高层间温度，焊缝的冲击韧度均有下降的趋势，但层间温度过低，会增大冷却过程中的组织应力，且不利于氢的逸出，所以本实施例中层间温度控制为235°C。
[0013]步骤三、焊后马氏体转变处理:
经过步骤二焊接后，空冷至110°c，在110°C温度下恒温2小时。由于新型马氏体耐热钢A355 P91奥氏体的转变孕育期较长，焊后必须空冷以使奥氏体完全转变为马氏体，保证接头的强度。空冷时间应根据结构大小、环境温度、焊后应力等情况而定，本实施例通过实验和理论验证，新型马氏体耐热钢A355 P91必须空冷至110°C并恒温2小时，才能进行后热处理。
[0014]步骤四、后热处理:
经过步骤三保温后，将新型马氏体耐热钢A355 P91焊件升温至330°C，在330°C温度下恒温2小时后，再自然冷却。新型马氏体耐热钢A355 P91焊接过程中采取避免热量集中、小电流、多道焊的焊接工艺，导致焊接作业时间很长。焊接作业完成后在理论上应该马上进行热处理过程，但是，为了缓解作业压力，在步骤三焊后马氏体转变处理后，不直接进行热处理过程，而改成“后热处理”，本发明独创的“后热处理”在本实施例中是将焊件升温至330°C，恒温2小时后自然冷却，其中升温至330°C的升温程序对于既保证焊缝的抗拉强度和屈服强度，又降低表面的硬度具体关键作用，本实施例的具体升温程序如下:1)以升温速率5°C / min，从室温升温至120°C，并保温15min ；2)以升温速率8°C / min，从120°C升温至160°C，并保温20min ；3)以升温速率10°C / min，从160°C升温至200°C，并保温25min ；4)以升温速率7°C / min，从200°C升温至250°C，并保温30min ；5)以升温速率5°C / min,从250°C升温至330°C。上述升温程序中，升温速率呈先增大后减小的抛物线形式，保温时间依次增加。
[0015]步骤五、热处理过程:`
经过步骤四的后热处理之后进行热处理过程，高温回火温度区间为775°C，其中:升温过程中，在400°C以下时，升温速率为120°C / h，在400°C以上时，升温速率为142°C / h ;在775°C温度内恒温2小时；降温过程中，在400°C以上时，降温温速率为142°C / h，在400°C以下时，自然冷却。
[0016]实施例2
本实施例的一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，其基本处理过程同实施例1，不同之处在于:步骤一中预热温度为200°C，步骤二中层间温度控制为200°C，步骤四中将焊件升温至300°C后保温，步骤五中高温回火温度为780V。
[0017]实施例3
本实施例的一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，其基本处理过程同实施例1，不同之处在于:步骤一中预热温度为250°C，步骤二中层间温度控制为250°C，步骤四中将焊件升温至350°C后保温，步骤五中高温回火温度为770°C。
[0018]实施例f 3的一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，通过严格控制焊接、后热处理、热处理过程的温度曲线，既保证了焊缝的抗拉强度和屈服强度，又降低了表面的硬度，并增加焊缝的冲击韧性。焊缝区域的抗拉强度> 585MPA，弯曲无裂纹，常温冲击值≥34J，焊缝及热影响区的硬度值(HB) ( 241，金相符合要求。
【权利要求】
1.一种提高新型马氏体耐热钢A355 P91焊缝韧性的方法，其特征在于，其步骤为: 步骤一、焊前预热: 将新型马氏体耐热钢A355 P91的焊件进行预热，预热温度区间为20(T25(TC，恒温两小时； 步骤二、层间温度控制: 经过步骤一的预热过程后进行焊接，层间温度控制为20(T250°C ； 步骤三、焊后马氏体转变处理: 经过步骤二焊接后，空冷至10(Tl20°C，在10(Tl20°C温度内恒温2小时； 步骤四、后热处理: 经过步骤三保温后，将新型马氏体耐热钢A355 P91焊件升温至300-350 V，在300-350°C温度内恒温2小时后，再自然冷却； 步骤五、热处理过程: 经过步骤四的后热处理之后进行热处理过程，高温回火温度区间为77(T780°C，其中:升温过程中，在400°C以下时，升温速率为120°C / h，在400°C以上时，升温速率为142°C /h ;在770~7801:温度内恒温2小时；降温过程中，在400°C以上时，降温温速率为142°C / h，在400°C以下时，自然冷却。
2.根据权利要求1所述的一种提高新型马氏体耐热钢A355P91焊缝韧性的方法，其特征在于:步骤一中预热温度为230°C。
3.根据权利要求1所述的一种提高新型马氏体耐热钢A355P91焊缝韧性的方法，其特征在于:步骤二中层间温度控制为235°C。
4.根据权利要求2或3所述的一种提高新型马氏体耐热钢A355P91焊缝韧性的方法，其特征在于:步骤四中将焊件升温至330°C后保温。
5.根据权利要求3或4所述的一种提高新型马氏体耐热钢A355P91焊缝韧性的方法，其特征在于:步骤五中高温回火温度为775°C。
【文档编号】C21D9/50GK103643025SQ201310667870
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】吴燕, 陶玉安, 王存波 申请人:安徽三兴检测有限公司, 中国化学工程第三建设有限公司