一种P91材料焊接及热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种P91材料焊接及热处理方法，属于钢材料处理技术领域，包括：1)预热并保温；2)采用GTAW或SMAW焊接，设定焊接电流、电压；3)焊后立即保温缓冷；4)焊缝温度控制在100℃以上立即入炉进行焊后热处理，升温加热并保温，炉内缓冷；5)温度降至300℃，打开炉门在静止的空气中冷却至室温。本发明专利技术解决了焊接接头的残余应力高的问题，有效的降低了焊接接头的残余应力，改善焊缝金属的组织和性能，提高了P91材料的抗氧化性能和抗高温蒸汽腐蚀性能，使其具有良好的冲击韧性和高而稳定的持久塑性及热强性能，在使用温度低于620℃时，其许用应力高于奥氏体不锈钢。

A method of welding and heat treatment for P91 materials

The invention discloses a P91 material welding and heat treatment method, which belongs to the field of steel material processing, including: 1) preheating and heat preservation; 2) using GTAW or SMAW welding, setting welding current, voltage; 3) immediately after welding heat preservation and cooling; 4) the weld temperature is controlled at more than 100 centigrade for post welding heat treatment, heating up and heating. Heat preservation, slow cooling in the furnace; 5) the temperature drops to 300 degrees, and opens the furnace door to cool to the room temperature in the still air. The invention solves the problem of high residual stress of the welded joint, effectively reduces the residual stress of the welded joint, improves the microstructure and properties of the weld metal, improves the oxidation resistance and high temperature steam corrosion resistance of the P91 material, and makes it have good impact toughness and high and stable durable plastic and thermal strength. The allowable stress is higher than that of austenitic stainless steel when the temperature is below 620.

【技术实现步骤摘要】
一种P91材料焊接及热处理方法
本专利技术涉及一种钢材料焊接及热处理方法，特别是涉及一种P91材料焊接及热处理方法，属于钢材料处理

技术介绍
P91材料即9Cr-1Mo钢材料，是美国于七十年代末八十年代初开发的新型马氏体耐热钢，以其热膨胀系数，弹性模量、蠕变性能以及抗氧化性等多方面的优胜，在许多国家的电站的主蒸汽管道中得以广泛的应用，在我国，P91钢的应用已经开始，电力规划总院在将P91钢与国内普遍采用的主蒸汽管道用钢进行经济技术比较后，于1996年提出了在我国推荐使用P91钢的建议，因此，在大型火力发电机组中采用P91钢已成为一种必然的趋势。近几年来引进机组主蒸汽管道及再热热段管道普遍采用了P91钢，国内300MW及以上机组也普遍开始采用了这种钢材，P91钢在我国公司属于首次使用，其焊接工艺评定工作及焊接、热处理的特点需要在施工过程中摸索，而且管道对口安装顺序对焊接质量也起着关键作用，为保证P91钢管道的焊接工艺和焊接质量达到要求，因此，急需研究出P91钢焊接工艺及热处理的要求，作为指导焊接工艺评定及现场安装、焊接施工的依据。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是为了提供一种P91材料焊接及热处理方法，解决焊接接头的残余应力高的问题，改善焊缝金属的组织和性能。本专利技术的目的可以通过采用如下技术方案达到：一种P91材料焊接及热处理方法，包括如下步骤：步骤1：预热预热温度设置为150-200℃，并保温0.5h；步骤2：焊接采用GTAW焊接，设定焊接电流130-180A，设定焊接电压10-14V，焊缝背部用纯度为99.99％氩气保护；或采用SMAW焊接，设定焊接电流160-180A，设定焊接电压21-24V，层间温度控制在200-250℃；步骤3：保温缓冷焊后立即保温缓冷至100-120℃，保温1-1.5h；步骤4：热处理焊缝温度控制在100℃以上立即入炉进行焊后热处理，升温加热至750-770℃后，保温3-5h，炉内缓冷；步骤5：冷却温度降至300℃，打开炉门在静止的空气中冷却至室温；步骤6：焊接接头冲击试验冲击实验的冲击温度为-20℃。进一步的，所述步骤1中，预热温度设置为170-180℃用于增强手工氩弧焊的可操作性。进一步的，所述步骤2中，层间温度控制在230-240℃用于增强手工电弧焊的的可操作性。进一步的，所述步骤3中，焊后立即保温缓冷至100-110℃用于使焊接接头组织完全均匀化转变为马氏体组织；并防止温度过低使焊接接头组织转变过快而形成裂纹。进一步的，所述步骤4中，升温加热至755-765℃用于消除焊接残余应力；使马氏体组织转变成回火马氏体，降低焊缝表面的硬度，提高焊接接头韧性。进一步的，所述步骤4中，热处理的加热温度根据Mn、Ni含量或Ac1相变温度在760±10℃范围内调整；当Ni+Mn＜1.0％时，加热温度设置为770℃；当1.0％≤Mn+Ni＜1.5％时，加热温度设置为760～765℃。进一步的，所述步骤4中，热处理的升温速度为60-100℃/h，冷却速度控制在60-100℃/h。进一步的，所述步骤4中，热处理采用中频感应热处理机进行热处理，中频感应热处理机选用II级K型热电偶丝测量，热电偶丝直径为1.0mm，热电偶丝采用用陶瓷套管套住，所述热电偶丝采用储能式焊偶仪将其直接压焊在焊缝外表面。进一步的，所述步骤4中，热处理采用补偿型补偿导线温度补偿。进一步的，所述步骤6中，在冲击温度为-20℃时，焊接接头的冲击韧性≥48J。本专利技术的有益技术效果：按照本专利技术的P91材料焊接及热处理方法，本专利技术提供的P91材料焊接及热处理方法，解决了焊接接头的残余应力高的问题，有效的降低了焊接接头的残余应力，改善焊缝金属的组织和性能，提高了P91材料的抗氧化性能和抗高温蒸汽腐蚀性能，使其具有良好的冲击韧性和高而稳定的持久塑性及热强性能，在使用温度低于620℃时，其许用应力高于奥氏体不锈钢。附图说明图1为按照本专利技术的P91材料焊接及热处理方法的一优选实施例的焊接及热处理曲线图；图2为按照本专利技术的P91材料焊接及热处理方法的一优选实施例的加热器与保温材料布置图。具体实施方式为使本领域技术人员更加清楚和明确本专利技术的技术方案，下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。如图1和图2所示，本实施例提供的一种P91材料焊接及热处理方法，包括如下步骤：步骤1：预热预热温度设置为150-200℃，并保温0.5h；步骤2：焊接采用GTAW焊接，设定焊接电流130-180A，设定焊接电压10-14V，焊缝背部用纯度为99.99％氩气保护；或采用SMAW焊接，设定焊接电流160-180A，设定焊接电压21-24V，层间温度控制在200-250℃；步骤3：保温缓冷焊后立即保温缓冷至100-120℃，保温1-1.5h；步骤4：热处理焊缝温度控制在100℃以上立即入炉进行焊后热处理，升温加热至750-770℃后，保温3-5h，炉内缓冷；步骤5：冷却温度降至300℃，打开炉门在静止的空气中冷却至室温；步骤6：焊接接头冲击试验冲击实验的冲击温度为-20℃。冲击实验按ASMESA-370：QW170验收合格；冲击温度-20℃。试样加工要求：每种焊接方法取四组试样(四组分别为：1/2t焊缝区、1/2t热影响区、1/4t焊缝区、1/4t热影响区)，每组试样为三件，冲击试验结果如表1所示：表1冲击试验结果进一步的，在本实施例中，所述步骤1中，预热温度设置为170-180℃用于增强手工氩弧焊的可操作性。进一步的，在本实施例中，所述步骤2中，层间温度控制在230-240℃用于增强手工电弧焊的的可操作性。进一步的，在本实施例中，所述步骤3中，焊后立即保温缓冷至100-110℃用于使焊接接头组织完全均匀化转变为马氏体组织；并防止温度过低使焊接接头组织转变过快而形成裂纹。进一步的，在本实施例中，所述步骤4中，升温加热至755-765℃用于消除焊接残余应力；使马氏体组织转变成回火马氏体，降低焊缝表面的硬度，提高焊接接头韧性。进一步的，在本实施例中，所述步骤4中，热处理的加热温度根据Mn、Ni含量或Ac1相变温度在760±10℃范围内调整；当Ni+Mn＜1.0％时，加热温度设置为770℃；当1.0％≤Mn+Ni＜1.5％时，加热温度设置为760～765℃。进一步的，在本实施例中，所述步骤4中，热处理的升温速度为60-100℃/h，冷却速度控制在60-100℃/h。进一步的，在本实施例中，所述步骤4中，热处理采用中频感应热处理机进行热处理，中频感应热处理机选用II级K型热电偶丝测量，热电偶丝直径为1.0mm，热电偶丝采用用陶瓷套管套住。进一步的，在本实施例中，所述热电偶丝采用储能式焊偶仪将其直接压焊在焊缝外表面。进一步的，在本实施例中，所述步骤4中，热处理采用补偿型补偿导线温度补偿。进一步的，在本实施例中，所述步骤6中，冲击韧性由标准要求常温冲击＞34J提高至低温冲击(-20℃)≥48J，明显提高了焊接接头的冲击韧性。进一步的，在本实施例中，焊前准备：焊接坡口形式和尺寸主要根据下列因素：a)焊接方法；b)母材厚度；c)焊缝填充金属尽量少；d)避免产生缺陷；e)减少焊接变形与残余应力；f)有利于焊接防护；g)焊工操作方便本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种P91材料焊接及热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：预热预热温度设置为150‑200℃，并保温0.5h；步骤2：焊接采用GTAW焊接，设定焊接电流130‑180A，设定焊接电压10‑14V，焊缝背部用纯度为99.99％氩气保护；或采用SMAW焊接，设定焊接电流160‑180A，设定焊接电压21‑24V，层间温度控制在200‑250℃；步骤3：保温缓冷焊后立即保温缓冷至100‑120℃，保温1‑1.5h；步骤4：热处理焊缝温度控制在100℃以上立即入炉进行焊后热处理，升温加热至750‑770℃后，保温3‑5h，炉内缓冷；步骤5：冷却温度降至300℃，打开炉门在静止的空气中冷却至室温；步骤6：焊接接头冲击试验冲击实验的冲击温度为‑20℃。

【技术特征摘要】
1.一种P91材料焊接及热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：预热预热温度设置为150-200℃，并保温0.5h；步骤2：焊接采用GTAW焊接，设定焊接电流130-180A，设定焊接电压10-14V，焊缝背部用纯度为99.99％氩气保护；或采用SMAW焊接，设定焊接电流160-180A，设定焊接电压21-24V，层间温度控制在200-250℃；步骤3：保温缓冷焊后立即保温缓冷至100-120℃，保温1-1.5h；步骤4：热处理焊缝温度控制在100℃以上立即入炉进行焊后热处理，升温加热至750-770℃后，保温3-5h，炉内缓冷；步骤5：冷却温度降至300℃，打开炉门在静止的空气中冷却至室温；步骤6：焊接接头冲击试验冲击实验的冲击温度为-20℃。2.根据权利要求1所述的一种P91材料焊接及热处理方法，其特征在于，所述步骤1中，预热温度设置为170-180℃用于增强手工氩弧焊的可操作性。3.根据权利要求1所述的一种P91材料焊接及热处理方法，其特征在于，所述步骤2中，层间温度控制在230-240℃用于增强手工电弧焊的的可操作性。4.根据权利要求1所述的一种P91材料焊接及热处理方法，其特征在于，所述步骤3中，焊后立即保温缓冷至100-110℃用于使焊接接头组织完全均匀化转变为马氏体组织；并防止温度过低使焊接接头组织转变过快而形成裂纹...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏康，黄文，马冲，冯志刚，吴小玲，成一冰，
申请(专利权)人：南京德邦金属装备工程股份有限公司，江苏德邦工程有限公司，南京三邦新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32