1、概述

　　1000MW 超( 超) 臨界火電機組用主蒸汽閘閥的閥體材料為F92。由于此材料具有一定的冷裂傾向，在與同材質閥座的焊接過程中，對冷裂紋非常敏感，并會在焊接的熱影響區(qū)出現(xiàn)脆化現(xiàn)象。閥門研制過程中，針對焊接裂紋等問題進行了試驗研究，確定了合理的焊接工藝參數(shù)，獲得了良好的焊接合格率。

2、材料性能

　　F92 為馬氏體耐熱鋼，此材料是在F91 鋼的基礎上改良出的新鋼種。與F91 鋼相比( 表1) ，Mo 含量降低，并加入了W 和微量的B，提高了其在高溫狀態(tài)下的斷裂強度、高溫蠕變強度和高溫抗氧化性(表2) 。

　　碳當量計算法是一種根據(jù)合金元素的含量評定其冷裂紋敏感性的方法。當[C]> 0. 6 時，材料的焊接性差。碳當量[C]計算公式為

[C]= C + Mn /6 + ( Ni + Cu) /15 + ( Cr + Mo + V) /5

　　根據(jù)F92 母材的化學成分( 表3) ，計算出F92碳當量[C]= 2. 09，說明F92 的焊接性差，冷裂傾向十分敏感。

3、焊接工藝

　　閥體和閥座的焊接( 圖1) 采用手工電弧焊。焊條使用E9015 - B9 ( 表4) 。焊條使用前經300 ～350℃烘干，保溫2h。焊條放入保溫桶內，為防止吸潮，隨用隨取。施焊時，仔細清理每一層焊渣，且在收弧處多停留，將弧坑填滿，防止產生裂紋。

1. 閥體2. 閥座

圖1 閥體與閥座組焊

表4 E9015 － B9 焊條化學成分Wt%

　　F92 鋼在焊接中采用小電流，利用較小的熱輸入量進行多層多道焊( 表5) 。由于F92 淬硬傾向較大，所以要嚴格控制預熱溫度和層間溫度。層間溫度一般不低于預熱溫度，但是層間溫度過高會影響焊接接頭整體的沖擊韌性，故最高層間溫度控制在300℃，預熱溫度控制約250℃。

表5 焊接工藝參數(shù)

　　焊接完成后，焊縫金屬及母材熱影響區(qū)會發(fā)生組織轉變，生成脆而硬的馬氏體組織。通過采取760℃ ± 10℃保溫2h 的高溫回火處理方法，適當?shù)慕档秃附咏宇^強度，改善接頭焊縫金屬的韌性。

4、數(shù)據(jù)分析

4.1、第1 組試樣

　　對試樣進行拉伸試驗( 表6) 和彎曲試驗( 表7) 。從彎曲試驗數(shù)據(jù)可以看出，彎曲試樣出現(xiàn)了最大5. 32mm 的裂紋。根據(jù)ASME 第Ⅸ卷規(guī)定，試樣彎曲后的凸面上，焊縫和熱影響區(qū)不得有超過3. 2mm 的開口缺陷。試驗結果不符合要求。

表6 第1 組試樣拉伸試驗

表7 第1 組彎曲試驗

　　試樣在彎曲時產生裂紋，是脆性過大的表現(xiàn)，這也是F92 材料空淬傾向大的影響。為解決這個問題，使焊后焊接接頭性能良好，修改了焊接工藝。

　　(1) 增加焊后消氫處理，溫度為375℃ ± 10℃，保溫2h，緩冷到室溫。

　　(2) 焊后熱處理由保溫2h 改為保溫4h。

　　(3) 焊接最高層間溫度不高于350℃，預熱溫度控制在約300℃。

　　(4) 嚴格控制焊件的升溫和冷卻過程。

4.2、第2 組試樣

　　按照修改后的焊接工藝重新進行焊接，并進行力學性能試驗( 表8、表9 和表10) 。試驗結果顯示，試樣性能達到要求。表8 第2 組試樣拉伸試驗。

5、結語

　　(1) F92 鋼的可焊性較差，焊接工藝復雜，但只要選擇合適的預熱溫度和層間溫度、消氫處理，嚴格按工藝執(zhí)行，完全可以避免焊接缺陷的產生。正確的選擇熱處理溫度和保溫時間，是保證焊縫獲得良好力學性能的關鍵。

　　(2) 通過對F92 新型馬氏體耐熱鋼焊接材料、焊接工藝分析研究，對F92 的性能有了進一步的認識，給編制F92 焊接工藝任務書及評定方案提供了可靠的理論依據(jù)和參考數(shù)據(jù)。

參考文獻

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