为什么P91焊评冲击不合格 按照导则的工艺及热处理进行的评定,304和430不锈钢哪个好

为什么P91焊评冲击不合格 按照导则的工艺及热处理进行的评定

改良型9Cr-1Mo钢，即T91/P91钢，这类钢是70年代至80年代，在美国研发成功的，基于早期的9Cr-1Mo钢。90年代中期，P91钢开始在国内进口机组中使用，现在在我国大型电站锅炉中广泛采用。P91钢被认为是热强钢的第三代产品，主要特点是降低含碳量，并严格控制多元复合强化中的合金元素含量，从而改善钢的塑韧性和焊接性，提高高温稳定性，其中在600℃时的持久强度比F11和F12提高了近70%。

在电力行业焊接P91钢的过程中，焊接人员通过接触国外先进技术资料和几十年的焊接经验，认识到焊接工艺与操作工艺并不相同。在焊接过程中，焊工操作工艺的重要性已被认为不再是首要考虑；必须经过评定的焊接工艺不再仅依靠一系列常温力学性能，而是需重点验证焊接接头的塑韧性和金相组织。焊接P91钢的过程中必须严格控制焊接工艺。

1. 引言

近年来，我国电力工业迅速发展，电厂锅炉向大容量、高参数方向发展。根据国家电力公司的部署，从现在起至下世纪初，逐步限制和取消中小型燃煤机组，300 MW机组将成为主要机组。这些机组的高温过热器和再热器的实际壁温已超过600℃。早期广泛应用的12Cr1MoV钢在高温强度和抗氧化性上不再满足要求，P91钢因其优良的高温性能，广泛应用于电站高温过热器和主蒸汽管道。然而，P91钢焊接性较差，焊接中易出现问题，因此探讨合理的焊接工艺显得非常必要。

2. T91钢的相关性能

2.1 合金化原理

T91钢是由美国国立像树岭实验室和美国燃烧工程公司冶金材料实验室合作研发的新型马氏体耐热钢，该钢是在9Cr1MoV钢的基础上降低含碳量，严格限制硫、磷含量，并添加微量的钒和铌元素。根据ASTM213/A213M-85C，T91钢的化学成分见表1。

与T91钢相对应的德国钢号为X10CrMoVNNb91，日本钢号为HCM95，法国则为TUZ10CDVNb0901。

表1 T91钢的化学成分%

元素	含量
C	0.08-0.12
Mn	0.30-0.60
P	≤0.02
S	≤0.01
Si	0.20-0.50
Cr	8.00-9.50
Mo	0.85-1.05
V	0.18-0.25
Nb	0.06-0.10
N	0.03-0.07
Ni	≤0.40

T91钢中各合金元素分别起到固溶强化、弥散强化和提高抗氧化性及抗腐蚀性能等作用。

每种元素的具体功能如下：

1. 碳：严重影响韧性和焊接性，T91钢相比12Cr1MoV钢含碳量降低20%。
2. 氮：提供固溶强化作用，增加组织稳定性，提高强度。
3. 钒与铌：形成稳定的合金碳化物，均能显著提升弥散强化效果。
4. 钼：增加钢的热强性。

2.2 热处理工艺

T91钢的最终热处理为正火和高温回火。正火温度1040℃，保温时间不少于10分钟；回火温度730～780℃，保温时间不少于1小时，最终获得回火马氏体组织。

2.3 机械性能

常温抗拉强度≥585 MPa，屈服强度≥415 MPa，硬度≤250 HB，伸长率≥20%。

2.4 焊接性能

根据国际焊接学会推荐的碳当量公式，计算出T91的焊接性较差。

3. T91焊接时存在的问题

3.1 热影响区淬硬组织的产生

由于T91低的临界冷却速度和奥氏体稳定性高，使其焊接热影响区容易出现马氏体转变，从而提高淬硬和冷裂倾向。

3.2 热影响区晶粒长大

焊接热循环对焊接头热影响区的晶粒长大有重要影响，冷却速度快会导致粗大的马氏体组织，使焊接接头塑性下降。

3.3 软化层的产生

焊接时，热影响区会产生软化层，特别是在调质状态下更为严重。

3.4 应力腐蚀裂纹

T91钢在焊后热处理之前，冷却温度应不低于100℃，并应避免潮湿环境，以防止冷裂纹的产生。

4. T91钢的焊接工艺

4.1 预热温度的选择

T91钢的Ms点约为400℃，预热温度一般选择在200～250℃之间。预热温度过高会导致焊接接头强度下降。

4.2 层间温度的选择

层间温度不得低于预热温度下限，通常控制在200～300℃之间，以确保焊接质量。

4.3 焊后热处理起始温度的选择

T91焊后需冷却到低于Ms点后再进行回火处理，最佳起始温度为100～150℃，并保温1小时。

4.4 回火温度及时间的选择

T91焊接接头需在焊后24小时内进行回火处理，回火温度为730～780℃，保温时间不少于1小时。

5. T91钢在广东省内火电厂应用实例

广东省电力局第一焊接培训中心针对Φ42 mm×5 mm的T91小径管进行焊接工艺评定取得了良好的效果，证明了以上焊接工艺的有效性。

6. 结论

1. T91钢通过合金化实现强化，但焊接性能较差。
2. 适当的预热与层间温度选择能有效防止冷裂纹形成。
3. 焊后热处理的具体要求能够确保结构的强度和韧性。
4. 上述焊接工艺在实际使用中取得了满意效果。

P92钢对比P91钢的强化机制

P92钢是一种优异的高温性能的铁素体耐热钢，其合金化设计主要降低Mo含量，提高W含量，以增强固溶强化效果。

通过热处理后，大量M23C6碳化物析出于马氏体晶界，达到强化效果。同时，细小的纳米级MX相从基体中析出，从而增强基体。

与P91钢相比，P92钢在600℃的持久强度提高约30%。

针状碳化物为啥在晶界附近析出

原子扩散受到限制，晶界区域发生晶格缺陷，导致原子在此难以自由扩散。

高锰钢在400度保温12小时的变化

经过水韧处理的高锰钢在400度保温12小时后，碳化物会沿晶界析出，导致韧性下降。

高锰钢具有优异的韧性，在受到强烈冲击时表面会硬化，而内部保持良好的韧性。但析出碳化物可能导致韧性显著降低，因此应确保碳化物细小并均匀分布。

奥氏体的特殊性

奥氏体的显著特点是具有良好的塑性和韧性，同时没有磁性。其晶粒结构中大量的奥氏体成分不会产生磁性。

渗碳件的缺陷及防止措施

渗碳件可能出现多种缺陷，包括网状花碳化物、残余奥氏体、黑色组织等。产生原因多种多样，对应的防治措施也各不相同。

1. 降低炉内碳势，延长扩散时间，避免网状碳化物出现。
2. 加强淬火控制，避免过多残余奥氏体产生。
3. 避免过热和表层脱碳，确保渗碳过程的合理控制。

304与430不锈钢的比较

在耐腐蚀性能方面，304不锈钢优于430不锈钢。304含有较高的铬镍比例，其稳定性、可塑性和加工性能也较430不锈钢更佳。

为什么P91焊评冲击不合格 按照导则的工艺及热处理进行的评定

改良型9Cr-1Mo钢，即T91/P91钢，是70年代至80年代美国在早期9Cr-1Mo钢基础上研究成功的。90年代中期，这种钢开始在国内进口机组中使用，并在我国的大型电站锅炉上广泛应用。T91/P91钢作为热强钢的第三代产品，具有较低的含碳量，严格控制合金元素的含量，从而改善了钢的塑韧性和焊接性，提高了高温稳定性。其在600℃时的持久强度比F11和F12提高了近70%。在电力行业焊接此类钢的过程中，焊接人员的认识发生了重要转变：焊接工艺与操作工艺并不是一回事，操作工艺的重要性逐渐弱化。焊接工艺的选择必须经过评定，依据不再是系列常温力学性能，而是验证焊接接头是否达到了预期的塑韧性和金相组织。因此，焊接过程应严格受控，尤其是在焊接热输入、焊后热处理的温度和保温时间等方面，对焊接接头的韧性影响极大，必须给予足够重视。

1 引言

近年来，我国电力工业快速发展，电厂锅炉朝着大容量和高参数方向发展。根据国家电力公司的部署，未来将逐步限制和取消中小型燃煤机组，300 MW机组将成为各大电网的主力机组。300 MW机组的高温过热器、高温再热器的实际壁温已超过600℃，原先广泛应用于这些高温部件的12Cr1MoV钢高温强度和抗氧化性等性能均不能满足要求。T91钢因其优良的高温性能，在电站高温过热器、高温再热器及主蒸汽管道上获得了越来越广泛的应用。但由于焊接性较差，常常出现焊接问题，因此研究合理的焊接工艺十分必要。

2 T91钢的有关性能

2.1 合金化原理

T91钢是美国国立树岭实验室和美国燃烧工程公司冶金材料实验室合作研制的新型马氏体耐热钢。它通过降低含碳量，严格控制硫、磷含量，并添加微量的钒和铌元素进行合金化。T91钢的化学成分见表1。

与T91钢对应的德国钢号为X10CrMoVNNb91，日本钢号为HCM95，法国为TUZ10CDVNb0901。

元素	含量
C	0.08-0.12
Mn	0.30-0.60
P	≤0.02
S	≤0.01
Si	0.20-0.50
Cr	8.00-9.50
Mo	0.85-1.05
V	0.18-0.25
Nb	0.06-0.10
N	0.03-0.07
Ni	≤0.40

T91钢中的合金元素在固溶强化、弥散强化和增强钢的抗氧化、抗腐蚀性能方面发挥作用，具体分析如下。

① 碳作为固溶强化元素，其含量增加会提高钢的短时强度，但降低塑性和韧性。对于T91这类马氏体钢，含碳量的上升会加快碳化物的球化和聚集，最终降低焊接性、耐蚀性和抗氧化性。因此，低含碳量有助于改善韧性，而过低则会降低钢材强度。T91钢含碳量比12Cr1MoV钢降低20%，这是综合考量的结果。

② T91钢中的微量氮既起到固溶强化作用，又参与形成A1N，A1N在高温下溶入基体，低温下析出，从而提供弥散强化。

④ 钒和铌作为强碳化物形成元素，能够形成稳定的合金碳化物，从而增强弥散强化效果。

⑤ 钼的加入主要是为了提升钢的热强性。

2.2 热处理工艺

对于T91钢，最终热处理工艺为正火和高温回火，正火温度为1040℃，保温时间不少于10分钟，回火温度为730～780℃，保温时间不少于1小时。最终热处理后的组织为回火马氏体。

2.3 机械性能

T91钢的常温抗拉强度≥585 MPa，常温屈服强度≥415 MPa，硬度≤250 HB，伸长率≥20%，在650℃的许用应力值为30 MPa。

2.4 焊接性能

根据国际焊接学会的推荐公式计算，T91的碳当量较高，焊接性差。

3 T91焊接时存在的问题

3.1 热影响区淬硬组织的产生

T91的临界冷却速度低，冷却时不易发生珠光体转变，而容易在较低温度时发生马氏体转变，因此，焊接接头内部应力很大，易在淬硬区产生冷裂纹。

3.2 热影响区晶粒长大

焊接热循环会显著影响热影响区的晶粒粗化，进而降低材料的塑性。

3.3 软化层的产生

T91钢焊接时热影响区会产生软化层，预热和焊后热处理条件会影响软化层的宽度及特性。

3.4 应力腐蚀裂纹

在冷却至室温前，若环境潮湿，容易出现应力腐蚀裂纹，因此需注意焊后热处理前的冷却条件。

4 T91钢的焊接工艺

4.1 预热温度的选择

T91钢的Ms点约为400℃，预热温度一般选在200至250℃，以避免冷裂纹发生。

4.2 层间温度的选择

层间温度一般控制在200-300℃，防止出现裂纹。

4.3 焊后热处理起始温度的选择

焊后应冷却至低于Ms点，然后进行回火处理，最佳起始温度为100-150℃。

4.4 回火温度和时间的选择

T91需要在焊后24小时内进行回火处理，回火温度需在730-780℃之间，并保持时间不少于1小时。

5 T91钢在广东省电厂的应用实例

广东省电力局第一焊接培训中心针对Φ42 mm×5 mm的T91小径管进行焊接工艺评定，工艺实验结果均合格。

6 结论

① T91钢的合金化设计显著提高了高温性能，但焊接性较差。

② 插销试验表明，预热温度在200-250℃、层间温度在200-300℃时可有效防止冷裂纹。

③ 焊后需冷却至100-150℃再进行回火，确保回火温度在730-780℃之间、保温时长不少于1小时。

④ 以上焊接工艺已在200 MW、300MW锅炉制造中取得良好效果。

P92钢对比P91钢有哪些强化机制呢？

P92钢作为目前高温性能最优异的铁素体耐热钢之一，其合金化设计是在P91的基础上降低Mo含量，提高W含量以增强固溶强化的效果。经过热处理，M23C6碳化物在马氏体晶界析出以强化晶界，细小的纳米级MX相从晶内析出从而强化基体。

通过上述强化机制，P92钢最终具有优异的高温组织稳定性与持久强度，600℃的持久强度比P91提高了约30%。

针状碳化物为何在晶界附近析出

原子扩散受到限制。在晶界附近，晶格结构的周期性变化导致原子扩散受到限制，难以自由扩散。

高锰钢在400度保温12小时会有什么变化

如果是在水韧处理后的高锰钢，在400度保温12小时后，碳化物会析出于晶界，韧性会有所下降。高锰钢在强烈冲击下表面会硬化，心部维持一定的韧性。若水韧处理后加热时间不当也会影响韧性。

奥氏体最大的特点是没有磁性对吗

对，奥氏体具有良好的塑性和韧性，同时不具有磁性。奥氏体的晶粒结构中含有大量无磁性的组织，确保整体材料没有磁性。

渗碳件的缺陷有哪些 如何防止渗碳缺陷？

(1) 渗碳层中出现网状或大块花碳化物，产生原因是渗碳碳势过高，导致含碳量超标，冷却速度过慢。防止措施包括在渗碳过程中降低炉内碳势和延长扩散时间。

(2) 大量残余奥氏体形成通常是由于淬火温度过高，可通过高温回火或冷处理后回火来消除。

(3) 反常组织的出现通常更为复杂，需要提高淬火温度或加长淬火保温时间以均匀化组织。

(4) 魏氏组织的形成外部条件影响，需通过适时的淬火加以改善。

304和430不锈钢哪个好

1. 在耐腐蚀性能方面，304不锈钢优于430不锈钢，因为304不锈钢含有较高的铬镍比例。

2. 304不锈钢由于其奥氏体结构，稳定性更好，而430不锈钢的铁素体结构在性能减弱时易产生裂纹。

3. 在加工性能方面，304不锈钢适合各种加工，430不锈钢在加工过程中更易产生裂纹和变形。

综上所述，304不锈钢在耐腐蚀性、稳定性及加工性能上均优于430不锈钢。