一、概述

高合金細(xì)晶粒鋼，是指鋼材本身合金含量高，通過細(xì)化晶粒，析出彌散細(xì)小的碳、氮化合物，從而獲得強(qiáng)度更高、韌性優(yōu)異的鋼。T91/P9是近年來研究、開發(fā)的高合金細(xì)晶粒鋼，目前已廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電機(jī)組的主蒸汽管道和高溫再熱蒸汽管道。T91/P91 鋼是一種改進(jìn)的9Cr-1Mo鋼，在美國試驗(yàn)材料委員會 (ASTW)和美國機(jī)械工程師學(xué)會(ASMW)標(biāo)準(zhǔn)中，T91代表鍋爐用的小直徑鋼管，P91代表鍋爐用的大直徑鋼管，F(xiàn)91代表鍛鋼。美國、法國、德國、中國 高合金細(xì)晶粒鋼近似對照見圖1。

圖1

T91/P9鋼是一種比較常用的新型鐵素體耐熱鋼，本身具有比較高的耐疲勞強(qiáng)度和良好的抗氧化性能，最高使用溫度可達(dá)650℃。同時，T91/P91鋼在高溫下還具有比較高的蠕變斷裂強(qiáng)度及許用應(yīng)力。
二、T91/P91鋼的焊接性
1、焊接冷裂紋敏感性
新型鐵素體耐熱鋼的焊接冷裂紋敏感性，比傳統(tǒng)鐵素體耐熱鋼焊接冷裂紋敏感性低。在評判裂紋敏感性時，不能用碳當(dāng)量Ceq或裂紋敏感指數(shù)Pom來判斷 T91/P91鋼的焊接裂紋敏感性，因?yàn)檫@些參數(shù)是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得到的，有著嚴(yán)格的適用范圍，它們只適用低合金鋼，而不適用新型鐵素體耐熱鋼。
2、焊接熱裂紋敏感性
由于新型鐵素體耐熱鋼的C和S、P等含量都很低，雖然Nb能夠提高焊接熱裂紋敏感性，但與傳統(tǒng)鐵素體耐熱鋼相比，焊接熱裂紋敏感性還是比較低的。
3、焊縫金屬的韌性
焊后的冷卻速度對焊縫金屬沖擊韌度的影響是明顯的，隨著冷卻速度的降低，沖擊韌度降低。因此，該類鋼焊接時，要求采用小熱輸人的焊接參數(shù)，并且在滿足焊縫金屬韌性要求的前提下，盡量降低預(yù)熱溫度和層間溫度。
4、時效傾向
新型鐵素體耐熱鋼的時效是不可避免的，但可以使時效引起的韌性下降，仍然能夠滿足使用要求。具體措施是提高焊縫金屬的沖擊韌度，使時效后的沖擊韌度仍然能夠滿足使用要求。然后是用降低焊縫金屬的Si含量，從而達(dá)到降低時效效果。
5、焊縫中δ相
焊縫中的殘留δ相，會大大降低材料的沖擊韌度和蠕變斷裂強(qiáng)度。為此，除了在焊接時選擇合理鉻當(dāng)量的焊接材料外，還要避免過高的預(yù)熱溫度和層間溫度，選擇較小的焊接熱輸人。
6、接頭的蠕變斷裂強(qiáng)度
與傳統(tǒng)耐熱鋼一樣，新型耐熱鋼焊接接頭也存在一個蠕變斷裂強(qiáng)度降低的區(qū)域，導(dǎo)致焊接接頭的使用壽命比母材和焊縫短。防止蠕變斷裂強(qiáng)度的措施有：
（1）采用小的焊接熱輸人，快速焊接，盡量降低預(yù)熱溫度和層間溫度。

（2）消除母材原來奧氏體晶界上分布的碳化物，焊前需對母材進(jìn)行正火。

（3）利用硼元素對晶界析出物的穩(wěn)定作用，開發(fā)新的高硼低氮的新型鐵素體 耐熱鋼。
三、焊接案例：T91鋼管對接水平固定手工鎢極氬弧焊打底、焊條電弧焊蓋面單面焊雙面成形
1、焊前準(zhǔn)備
（1）焊件材質(zhì)：T91 鋼管，其化學(xué)成分見圖2。

圖2

力學(xué)性能見3。

圖3

（2）焊件規(guī)格尺寸 (外徑x管厚)為： 42mm x 4mm。
（3）坡口形式V形坡口及焊縫層次見圖4。

圖4

（4）焊接材料焊接材料 見圖5。

圖5

（5）焊接設(shè)備：ZX5- 400型弧焊整流器1臺，氬氣瓶，氬弧焊焊槍。
（6）鎢極：純鎢型，直徑為2. 5mm。
%輔助工具：焊縫萬能量規(guī)和 焊條保溫筒等。
2、焊前的裝配定位
（1）焊前的打磨將焊件用角磨砂輪打磨并去除坡口表面及其兩側(cè)各30mm 范圍內(nèi)的氧化皮、油、污，直至露出金屬光澤。

（2）焊件定位按4所示的進(jìn)行組裝，加熱定位焊焊接區(qū)，當(dāng)定位焊 焊接區(qū)溫度達(dá)到250 ~ 300℃時進(jìn)行定位焊，定位焊縫長度為15 ~ 20mm，定位的焊接參數(shù)見圖6。

圖6

3、焊接操作

（1）焊接全焊縫時，預(yù)熱溫度在200 ~ 250℃，層間溫度控制在200~300℃ 好。在管子內(nèi)側(cè)，坡口中心兩側(cè)各250 ~ 300mm范圍內(nèi)填充氬氣保護(hù)，T91 鋼管對接水平固定手工TIG焊打底、焊條電弧焊蓋面單面焊雙面成形的焊接參教見圖6。
（2）焊接過程采用短弧焊接為好，注意控制焊接速度。
（3）焊接時，非焊接部位要禁止引弧，焊縫咬邊缺陷不超過規(guī)定時，可以進(jìn) 行修磨。
（4）焊接過程要嚴(yán)格控制焊接熱輸人在35kJ/cm之內(nèi)，層間溫度控制在25℃以下。

（5）焊條焊前要經(jīng)過380~400°C烘焙1h,隨烘隨用。
（6）管子打底焊時采用手工鎢極氬弧焊，按時鐘鐘面位置3點(diǎn)→6點(diǎn)→9點(diǎn)， 可分為上、下兩個半圓，焊接應(yīng)由下半圓開始，可以采用“內(nèi)填絲法”和“外填絲法”焊接。蓋面層焊接采用焊條電弧焊工藝，可以采用“斷弧焊法”和 “連弧焊法”。
（7）蓋面焊接前，應(yīng)仔細(xì)地打磨填充層表面，保持待焊層表面平整，填充層焊縫表面與焊件表面距離1.5~2mm。
（8）蓋面焊過程中，焊條作鋸齒形擺動，當(dāng)電弧運(yùn)行到坡口兩側(cè)邊緣處時， 應(yīng)稍作停頓，使焊道與坡口兩側(cè)邊緣處充分熔合以1~2mm為宜。
4.焊后熱處理
焊后焊件經(jīng)300 ~ 350℃的消氫處理，保溫2h，焊后熱處理溫度為750士 20C，保溫2h。
5.焊接質(zhì)量檢驗(yàn)
按中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布實(shí)施的TSG Z6002一-2010 《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》評定:
（1）焊縫外形尺寸 焊縫余高差≤2mm，焊縫寬度比坡口每側(cè)增寬0.5~2. 5mm，寬度差≤3mm。
（2）焊縫表面缺陷 咬邊深度≤0.5mm，焊縫兩側(cè)咬邊總長度不超過焊縫長的10%。背面凹陷深度：當(dāng)管壁厚≥5mm時，深度≤20%壁厚，且≤2mm，焊縫表面不得有裂紋、未熔合、夾渣、氣孔、焊瘤和未焊透。
（3）焊縫內(nèi)部質(zhì)量 焊縫按 JB/T 4730.2- -2005 《承壓設(shè)備無損檢測 第 2部分射線檢測》 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。