[發明專利]一種針對長期服役P92鋼返修的焊接熱處理工藝

在審

• 申請號: 202110367469.9
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113070635A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 周龍;孫志強;何利軍;周亞明;湯淳坡;劉同干;尹少華;郭小鋼;劉煒;黃茂濤
• 申請（專利權）人: 國家能源集團泰州發電有限公司;蘇州熱工研究院有限公司
• 主分類號: B23P6/00
• 分類號: B23P6/00;B23K9/02;B23K9/235
• 代理公司: 常州國洸專利代理事務所(普通合伙) 32467
• 代理人: 吳麗娜

本發明涉及一種針對長期服役P92鋼返修的焊接熱處理工藝，屬于剛材修復技術領域。本發明所采用的焊接工藝中，在焊接與母材接觸的第一層熔覆金屬時，焊接熱輸入明顯增大。這主要是因為在較大熱輸入下，焊接過程中熱循環的峰值溫度更高。受焊接溫度的影響，熱影響區內，尤其是粗晶區內的較大析出物，在此溫度下重熔，析出物的重溶后形成的飽和固溶體在后續冷卻及熱處理中會重新析出細小彌散的碳化物，最終在彌散強化及第二相強化的作用下使熱影響區沖擊韌性提高，通過該工藝，可以使焊接接頭尤其是焊接熱影響區的沖擊韌性相對母材有較大提高，該項發明的推廣應用對保證焊接接頭性能進而保障機組安全穩定運行尤其重要。

技術領域

本發明涉及一種針對長期服役P92鋼返修的焊接熱處理工藝，屬于剛材修復技術領域。

背景技術

目前，為適應機組高蒸汽參數機組運行要求，機組高溫部件用材料需滿足以下幾點要求：較好的加工性能、較低的熱膨脹系數、抗熱疲勞性、良好的焊接性能和高的性價比。P92鋼具有較好的高溫強度和高溫抗氧化性，更低的線膨脹系數，更好的抗熱疲勞性且不易產生晶間腐蝕，是超超臨界1000MW機組高溫部件用主要材料。

但是，該材料在長期服役后(一般50000h以上)母材的沖擊韌性嚴重降低。這是由于長期的高溫條件下服役相當于長時間的時效過程，高溫條件下其顯微組織沒有發生退化，對其強度的影響不大。P92鋼母材本身存在大量的彌散分布的析出相，而長期時效會導致析出相發生熟化，即大量的小尺寸析出相消失，而邊界處能量較高的析出物長大，這一過程中本來起到彌散強化的析出相聚集在晶界反而容易成為承載載荷時的起裂源。因而降低了材料的韌性，材料的沖擊韌性嚴重降低。

沖擊韌性是表征材料抵抗沖擊斷裂的能力，韌性是P92鋼的一個重要指標。

現有針對P92鋼的焊接工藝多為針對未長期服役的P92新材料。未長期服役的(新的)P92鋼一般經過TMCP(熱控軋制加工)過程，保證了其具有較小的晶粒度，在彌散強化的作用下進一步降低其晶粒尺寸，細晶強化的作用更強，所以具有較高的沖擊吸收功。ASTMA335中P92鋼供貨態的沖擊韌性參考值為140J。

因此，常規的P92更換或修復制定的焊接熱輸入(主要指焊接電流)多采用多層多道焊接的小熱輸入方式。有研究表明：沖擊吸收功與材料的析出物狀態相關，當材料中有大量的析出物析出、聚集之后，大尺寸的析出物在承載載荷時最容易成為起裂源，導致材料更容易斷裂，在宏觀層面就表現為材料沖擊韌性降低。因此若采用常規焊接工藝焊接長期服役的P92鋼，會因為較小熱輸入下焊接熱循環溫度偏低，不能對母材中的析出物很好的熔解，在后續的凝固及焊后熱處理時，析出物就不能彌散分布在材料基體中，沖擊韌性得不到提高。

常規修復方案中，不考慮此時P92母材沖擊韌性下降的問題，一般都將其按照未長期服役的P92鋼材對待。由于相變組織、應力復雜，焊接熱影響區是焊接接頭的性能薄弱區域，尤其對于P92鋼，失效一般都從熱影響區發生，因而需要專門制定焊接工藝用以提高焊接熱影響區的性能，尤其是沖擊韌性。

由于以往的焊接工藝，對于該類材料的更換或返修并不制定特殊的焊接工藝，這就會導致焊接接頭尤其是熱影響區的沖擊韌性較差，達不到相關標準要求。

有鑒于上述的缺陷，本發明以期創設一種針對長期服役P92鋼返修的焊接熱處理工藝，使其更具有產業上的利用價值。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種針對長期服役P92鋼返修的焊接熱處理工藝。本發明所采用的焊接工藝中，在焊接與母材接觸的第一層熔覆金屬時，焊接熱輸入明顯增大。這主要是因為在較大熱輸入下，焊接過程中熱循環的峰值溫度更高。受焊接溫度的影響，熱影響區內，尤其是粗晶區內的較大析出物，在此溫度下重熔，析出物的重溶后形成的飽和固溶體在后續冷卻及熱處理中會重新析出細小彌散的碳化物，最終在彌散強化及第二相強化的作用下使熱影響區沖擊韌性提高，通過該工藝，可以使焊接接頭尤其是焊接熱影響區的沖擊韌性相對母材有較大提高，該項發明的推廣應用對保證焊接接頭性能進而保障機組安全穩定運行尤其重要。