第３２卷第４期 华电技术 Ｖ０１．３２ Ｎｏ．４ ２０１０年４月 Ｈｕａｄｉａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｒ．２０１０ Ｔ９ １／Ｐ９ １钢的性能分析及焊接工艺 娄杰云 （中国华电集团富拉尔基发电总厂，黑龙江齐齐哈尔 １６１０４１） 摘要：金属材料在火力发电厂的重要性是不言而喻的，它直接关系到机组的使用寿命和安全经济运行。介绍了Ｔｇｌ／ Ｐ９１钢的化学成分和主要物理性能，分析了Ｔ９１／Ｐ９１钢的力学性能和抗氧化腐蚀性能，给出了Ｔ９１／Ｐ９１钢的焊接工艺和 方法，指出了需要进一步研究的问题。 关键词：Ｔ９１／Ｐ９１钢；主蒸气管道；受热面管道；耐热钢；焊接性 中图分类号：ＴＧ ４０ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７４—１９５１（２０１０）０４—００３５—０４ Ｏ 引言 与钢的质量比在２５～３０ ｐ￣ｇ／ｇ的水平，同时碳的质 量分数也较高。 １９７４年，美国能源部委托橡树岭国家实验室与 （２）Ｔ９１／Ｐｇｌ钢采用了Ｎｂ，Ｖ，Ｎ进行微合金化。 燃烧工程公司联合研究在９Ｃｒ的基础上进行改进的 （３）Ｔ９１／Ｐ９１钢采用了控轧、控冷的（ＴＭＣＰ）成 ９Ｃｒ一１ Ｍｏ钢（Ｔ９１／Ｐ９１），其各方面的性能都优于 材加工工艺。 ＥＭ１２和Ｆ１２（Ｘ２ＯＣｒＭｏＶ１２１），它在５９３℃下１０万ｈ 在强化原理方面的差别是：ＥＭ１２等钢主要依 的蠕变断裂强度可以达到１００ ＭＰａ。 靠固溶、合金碳化物析出和位错获得常温和高温强 １９８３年和１９８４年，美国ＡＳＭＬＥ将Ｔ９１／Ｐｇｌ纳 度；而Ｔ９１／Ｐ９１钢则除了固溶、合金碳化物析出外， 入了标准，表示为ＳＡ２１３一Ｔ９１／ＳＡ３３５一Ｐ９１。这种 更大程度上由于细化晶粒，析出弥散的、细小的Ｎｂ， 钢在法国标准中表示为ＴＵＺ１０ＣｒＶＮｂ９—１０，德国 Ｖ的碳化物、氮化物（ＭＸ相）和高密度位错取得室 ＤＮ标准中表示为Ｘ１０ＣｒＭｏＶ９１。 温强度和更高的强度。此外，Ｔ９１／Ｐ９１钢除了具有 １９８７年，法国瓦鲁瑞克公司针对Ｔ９１，Ｆ１２和 更高的强度以外，还具有优异的韧性。 ＥＭ１２ ３种钢比较和评估后发表了技术报告，认为 １．２ Ｔ９１／Ｐ９１钢的主要物理性能 Ｔ９１钢有明显优点，强调要从ＥＭ１２转为使用Ｔ９１／ Ｔ９１／Ｐ９１钢的主要物理性能见表２。 Ｐ９１。２０世纪８０年代末，德国也从Ｆ１２转向Ｔ９１／ Ｔ９１／Ｐｇｌ钢有小于不锈钢且更加接近Ｐ２２钢的 Ｐ９１并进一步发展了焊接材料。 线性膨胀系数和良好的导热性，根据化学成分在上、 ２０世纪９Ｏ年代中期，我国陕西的蒲城、天津的 下限问波动，Ｔ９１／Ｐ９１钢的Ａｃｌ和Ａｃ３为：Ａｃｌ在 杨柳青、重庆的珞璜等电厂已经使用了Ｐ９１钢的主 ８００～８３０℃之间，Ａｃ３在８９０～９４０℃之间。 ｌ／ 蒸汽管道，２０世纪９０年代后期，华北电力集团公司 Ｐ９１钢的供货状态是正火加回火，该种钢从奥氏体 所属的一些老机组都陆续在原国产过热器上将１０２ 状态冷却到室温时，在一个较宽的冷却速度范围内 钢管更换为Ｔ９１钢管。如山西大同二电厂、石景山 都会得到完全的马氏体组织，马氏体组织的硬度小 热电厂、唐山发电厂等，都获得了较好的效果。 于４５０ＨＶ。 １ Ｔｇｌ／Ｐ９１钢的化学成分和主要物理性能 Ｔ９１／Ｐ９１钢的Ｍｓ点在３８０～４００ｏＣ之间，Ｍｆ点 在１００～１２０℃之间。ＡＳＴＭＡ２１３和Ａ３３５标准给出 １．１ Ｔｇｌ／Ｐ９１的化学成分和强化原理 的Ｔｇｌ／Ｐｇｌ钢的正火温度为１０４０℃，瓦鲁瑞克一曼 Ｔ９１／Ｐ９１钢的成分见表１。 内斯曼钢管公司给出的正火、回火温度分别为 现把Ｔ９１／Ｐ９１钢和ＥＭ１２钢在炼制和成材加工 １ ０４０～１ ０８０℃和７５０～７８０ ｑＣ。对于管壁厚度超过 中的差别归纳如下： ７６ｍｍ的钢管，要适当加大正火时的冷却速度，必要 （１）大幅度提高了Ｔ９１／Ｐ９１钢质的纯净度，把 时要把室冷改变为水冷，以保证取得马氏体组织。 杂质与钢的质量比控制在不大于ｌ０ ｇ的水平， ２ Ｔ９１／Ｐ９１的力学和抗氧化腐蚀性能 同时明显降低了碳的质量分数。而ＥＭ１２等钢杂质 ２．１ Ｔｇｌ／Ｐｇｌ钢的主要常温力学性能 收稿日期：２００９—０９—０３ Ｔ９１／Ｐ９１钢的主要常温力学性能见表３。 ・３６・ 华电技术 第３２卷 表１］９１／ｔ：＇９１钢的成分 ％ 表２ Ｔｇｌ／Ｐｇｌ钢的主要物理－陛能 表３＂Ｉ＇９１／１：）９１钢的主要常温力学性能 综上所述，Ｔ９１／Ｐ９１钢在５５０℃和６００ ｏＣ下时 效，力学性能变化大。超过６００℃后，时效过程中性 能变化较明显，但除了韧度以外，强度和塑性都还能 瓦鲁瑞克一曼内斯曼钢管公司提供的Ｔ９１／Ｐ９１ 满足标准要求，时效后的冲击韧度还能保持在１００ 钢的韧度随温度升高而升高，这种钢 和 随温 Ｊ／ｅｒａ 以上。虽说Ｔ９１／Ｐ９１钢在试验温度下时效过 度升高而降低。 程中性能变化不大，但应该注意到，Ｔ９１／Ｐ９１钢的时 ２．２］＇９１／１：）９１钢时效过程中的性能变化 效倾向与钢中Ｓｉ，Ｐ的质量分数有关。 （１）在５５０ ｃＣＩ、６００℃下时效，抗拉强度和 呲都 ２．３高温性能 没有变化。但在６５０ ｏＣ下时效２０００ｈ以后抗拉强度 世界上很多试验室对Ｔ９１／Ｐ９１钢进行了多年 。：就都会有下降趋势。这种变化说明，虽然它在 研究，积累有约１ ８００次单项试验结果。表４分别列 时效前已经过了７５０ ｏＣ以上的高温回火，回火时析 出了按照ＡＳＭＥ的Ａ２１３／Ａ３３５、ＶｄＴＵＶ和ＥＷ标准 出的第２相和基体在６００ 以上还不很稳定。它也 估算出的蠕变断裂强度值。 提示了Ｔ９１／Ｐ９１钢的长期使用温度不能超过６００ ｃＣ。 美国２０世纪８０年代开发应用的＇ＩＳ）ｌ／Ｐ９１钢在 （２）与抗拉强度Ｏｒ ，相对应，延伸的变化也有类 全世界得到了广泛应用，但是１９９６年日本金材所报 似特征。在５５０℃、６００ ｏＣ下时效延伸率有明显变 道了该钢长时问蠕变后（６００℃、６５０℃，３６ ＭＰａ，１０ 化，６５０℃下时效１０００ｈ，延伸率有明显增加，但时效 万ｈ）蠕变强度偏离预测值急剧下降的现象。这个 到１万ｈ后延伸率又开始降低。 结果使人们联想到６００℃以上长时间时效过程中发 （３）在５５０ ｏＣ、６００ ｏＣ下时效，Ｔ９１／Ｐ９１钢的韧度 表４＇Ｉ＇９１／Ｉ：＇９１钢的蠕变断裂强度值 有明显的降低，但在时效２万ｈ后韧度还能保持在 １００ Ｊ／ｃｍ 以上。在６５０℃下时效时，韧度一直保持 稳定变化，可是在经过１万ｈ以后，韧度开始发生明 显下降，但仍能保持在１００Ｊ／ｅｒａ 以上。这种现象与 抗拉强度ｏ－０．２及延伸率的明显降低有关。 第４期 娄杰云：浅谈ｑＸ）ｌ／Ｐ９１钢的性能及焊接 ・３７・ 生的强度降低现象，这个结果也使人们意识到６００ 块”点固在坡口内，其材质应选用Ｑ３３５或１６Ｍｎ钢。 ℃这个温度已经达到或超过了Ｔ９１／Ｐ９１钢的极限。 （５）用火焰或电阻加热点固焊区过渡到２５０— 现在各国都把Ｔ９１／Ｐ９１钢的使用温度极限定在 ３００ ｏＣ，选用正常焊接时用的焊材及工艺施焊，焊接 ５９３ ｏＣ。Ｔ９１／Ｐ９１钢在６００。【＝时的许用应力比Ｘ２０钢 电流比正式焊接电流大１０—１５ Ａ。 和Ｔ２２／Ｐ２２钢分别高出２５ ＭＰａ和３５ ＭＰａ，如果再考 虑到使用温度极限，Ｔ９１／Ｐ９１钢的优越性更为突出。 ２．４高温抗氧化性能 （６）点固焊及正常施焊过程中，不得在管子表面 引弧或试验电流。 ３．２充氩保护 Ｔ９１／Ｐ９１钢由于含ｃｒ量高，其抗高温氧化性能 为防止Ｐ９１钢焊缝根部氧化，在ＧＴＡＭ打底及 明显优于Ｔ２２／Ｐ２２钢，特别是在耐热不起皮性能方 ＳＭＡＷ焊填充第１层焊缝时，应在管内侧充氩气，保 面。Ｔ９１／Ｐ９１及含Ｎｂ的９Ｃｒ，１２Ｃｒ铁素体耐热钢， 护背面金属，防止过度氧化。 在高温蒸汽作用下所形成的氧化膜不容易剥落，其 一 充氩保护范围以坡口中心为基础，每侧各在 抗剥离性优于奥氏体钢。钢中Ｎｂ的存在，有助于富 ２５０～３００ ｍｍ处贴２层可溶纸，以耐高温胶带粘牢 Ｃｒ钝化膜层的形成且有助于提高钝化膜的稳定性。 固，做成密封室，以防充氩时氩气从管道中流失造成 Ｔ９１／Ｐ９１钢的抗高温氧化性能和抗高温蒸汽腐蚀性 充氩不足而产生根部氧化。有些电建单位使用能够 能也优于Ｔ２２／Ｐ２３和Ｔ２４／Ｐ２４钢。 重复使用的、可在管道内移动的堵板，效果也很好。 充氩时氩气流量控制在２０～３０ Ｌ／ｍｉｎ。 ３．３焊接材料选择 ３ Ｔ９１／Ｐ９１钢的焊接 Ｔ９１／Ｐ９１钢除了要防止焊接裂纹外，还要注意 与焊接常规合金材料一样，除了选用焊丝和焊 控制好焊接区域的保护，防止熔池和近缝区金属的 条与母材的化学成分相符外，还得保证焊条电弧焊 氧化（包括坡口背面）。注意控制好焊接工艺条件， 和埋弧焊焊缝的金属的韧度。推荐选用 ２．５ ｍｍ 以确保必要的焊缝韧度和防止过低的焊接接头热强 的焊丝打底，用 ２．５ ｍｍ、 ３．２ ｍｍ的小直径焊条 系数。Ｔ９１／Ｐ９１钢焊接接头热强系数是工作温度越 进行填充和盖面焊。 高、工作时间越长、热强系数越低。 ３．４ Ｐ９１／Ｐｇｌ钢焊接 Ｔ９１／Ｐ９１钢焊接工艺要点及实践经验举例。 ３．１焊前准备 ３．４．１ ＧＴＡＷ打底焊接 （１）ＧＴＡＷ的焊接工艺参数可参照表５。 （２）ＧＴＡＷ打底焊。对Ｐ９１钢大管可采取打底 ２层，一则可防止打底焊缝被第１层焊条电弧焊填充 焊时烧穿，二则会降低根部焊缝氧化程度。若 ＧＴＡＷ打底焊层只是１层，则打底焊层的厚度应大 于３．０ｍｍ。 （１）坡口制备。大直径管焊接的坡口形状和尺 寸可按图１所示进行选择。 Ｒ０～１２ｏ １０ｏ＿１５０ ３．４．２注意事项 （１）Ｐ９Ｉ钢由于合金含量高，铁水流动性差，根 部焊缝容易过烧，需要充氩保护。打底焊好坏的关 键在充氩的质量，充氩时可利用细针头或细钢管把 图１大直径管焊接时坡口的形状和尺寸 头敲扁插入缝内。向内充氩后，要感觉从焊缝间隙 （２）焊前清理。用角向磨光机打磨坡口表面及 中轻微析出，整个焊口利用矿渣棉进行堵实，焊接一 距坡口１５～２０ｍｍ范围的钢管内外两侧表面露出金 段拨开一段，逐段地进行焊接。 属光泽，并清除水、锈、油等脏物。 （２）打底焊接时，送丝一定要均匀，不能靠送焊 （３）对口点固焊。装配时将管道垫置牢固，不得 丝的力量突出根部，否则，易造成根部焊缝出现末熔 在管道上焊接临时支撑物。管道对口：错口不得超 化的焊丝头。铁水过渡最好采用自由过渡，收头时 过１．０ ｍｍ，间隙为３．０～４．０ ｍｍ，钝边小于２．０ ｍｍ。 特别要注意把焊接电流衰减下来，填满弧坑后移向 （４）Ｐ９１钢大径厚壁管点固时宜采用将“定位 坡口边收弧防止产生弧坑裂纹。 表５ ＧＴＡＷ的焊接工艺参数 ・３８・ 华电技术 第３２卷 表６ Ｔｇｌ／Ｐ９１钢ＳＭＡＷ工艺参数 ３．４．３ ＳＭＡＷ填充和盖面焊接 （１）焊条电弧焊填充时，第１道焊道应尽可能 减少焊接电流，防止打底层由于电流过大被击穿。 每根焊条收弧都应衰减电流，待熔池添满后再收弧， 防止产生弧坑裂纹。 （２）层道间需进行仔细清理，可利用锋钢锯条 或角向砂轮进行清理，不可用榔头和錾子过重地敲 击焊缝，以防止产生裂纹。 ３００～３５０ ｏＣ，保温时间为２ｈ。焊后热处理的温度范 围为（７５０±２０）℃，热处理保温时间范围为２．０～ ２．５ ｈ。保护气体的种类为氩气，正面保护气体的流 量为１３ Ｌ／ｍｉｎ，背面保护气体的流量为３０ Ｌ／ｍｉｎ。 （３）焊条电弧焊时，需要控制好焊接工艺参数， 选用较低的焊接热输入量。由于Ｔ９１／Ｐ９１钢的合 ４结束语 ’ 金含量较高，熔池中液体金属流动性较差，过小的焊 接电流不易获得优良的焊缝形状，容易形成层间熔 合不良。因此，可以采用增大焊接速度代替降低焊 接电流的办法来保证较低的焊接热输入量，也就是 除上述国内、外焊接Ｔ９１／Ｐ９１钢管道的一些实 例外，焊接和加工该种钢的技术还有许多未解决的 问题，如熔化极气体保护焊的应用，如何提高生产 率，哪些焊接工艺因素会严重影响构件的蠕变断裂 采用较小的焊道厚度。Ｔ９１／Ｐ９１钢ＳＭＡＷ工艺参 数见表６。 寿命等，均有待今后在实践中解决。 （编辑：白银雷） （４）要注意焊层、焊道的尺寸。多层多道焊时， 焊层的厚度以等于焊条直径为宜，焊道宽度以焊条 直径的３倍为宜，但最大不大于焊条直径的４倍。 （５）焊前预热的预热温度为２００～２５０ ｃ【＝，层间 温度为２００—３００℃。后热消氢热处理温度范围为 作者简介： 娄杰云（１９７１一），男，山东东阿人，技师，从事锅炉焊接 方面的工作。 ＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞● （上接第１７页）ｍ。／ｓ，扬程为ｌ５．５ ｍ；夏季“２泵１ 机”运行，冷却倍率为５９，每台机组体积流量为 ２０．３１ ｍ ／ｓ，扬程为１８．０ ｍ。 果，对循环水系统进行优化，有助于提高设备选型的 准确性。 参考文献： ［１］何铁林．国外循环冷却水处理技术进展［Ｊ］．工业水处 理，１９９２（４）：３—９． 循环水泵参数：夏季设计工况（“１机２泵”并联 运行），单泵体积流量为１０．２０ ｍ ／ｓ，扬程为１８ ｍ； 春、秋季考核工况（“２机３泵”运行），单泵体积流 量为１１．７０ ｍ ／ｓ，扬程为ｌ５．５ ｍ；冬季低负荷工况 （“１机１泵”运行），单泵体积流量为１３．００ ｍ。／ｓ，扬 程为１３ ｍ。 ［２］孙海燕．减少电厂循环水补水量的实例探讨［Ｊ］．电网技 术，１９９２（Ｓ２）：３１９—３２０． （编辑：白银雷） ４结束语 作者简介： 循环水系统优化可以为电厂基建节省不少资 常海龙（１９７１一），男，河北涉县人，工程师，从事海外项 金，而且还可以提高机组的效率。根据相关计算结 目汽机专业的运作工作。
