SA335 P91及P22异种钢焊接接头组织及性能分析

SA335 P91及P22异种钢焊接接头组织及性能分析

卢亚东1

(1.中国核工业第五建设有限公司，上海201512)

摘要：本文通过对焊接接头焊缝区域、两侧热影响区和母材的显微组织分析，以及对焊接接头进行横向焊接接头拉伸试验、冲击试验和维氏硬度试验等机械性能测试，研究SA335 P91钢及P22钢异种金属焊接接头的组织及性能。结果表明结果表明，SA335 P91钢及P22钢异种钢焊接接头性能满足焊接工艺技术要求。

关键词：P91钢；焊接接头；异种钢；焊接工艺

Microstructure and Properties Analysis of SA335, P91 and P22 Dissimilar Steel Welded Joints

LU Yadong1

(1.China Nuclear Industry Fifth Construction CO.,LTD，Shanghai 201512，China)

Abstract: In this paper, the microstructure and properties of SA335 P91 steel and P22 steel dissimilar metal welded joints are studied by analyzing the weld area, heat affected zone on both sides and the base material of the welded joints, and conducting tensile test, impact test and Vickers hardness test of the welded joints. The results  the performance of SA335 P91 steel and P22 steel dissimilar steel welded joints can meet the technical requirements of welding process.

Keywords: P91 steel; Welding joint; Dissimilar steel; Welding process

0前言[1]

近年来，为了减少环境污染，使用更加高效清洁的能源，核电工业得到了大力发展。P91和P22钢钢以其良好的高温持久强度、热稳定性和高温抗蠕变能力等综合性能，在电站锅炉的过热器、再热器及主蒸汽管道上获得越来越广的应用。P91和P22钢作为一种常用的高压锅炉用钢，具有优良的机械性能和焊接性能，具有较高的热强性、热稳定性和抗腐蚀性。最高使用温度达650℃。在原9Cr-1Mo钢基础上添加了V、Nb、N等强化元素，具有良好的综合力学性能和焊接性能。然而，P91钢在焊接过程中易出现冷裂倾向和晶粒粗化倾向。P22钢与P91钢在化学成分和机械性能上存在较大差异，焊接时易产生熔合不良、冷裂纹等问题[1]。同时，焊接过程中还可能出现碳迁移现象，导致接头强度降低。为了保证焊接接头的工艺性能和力学性能达到设计指标要求，需要更充分的了解P91和P22钢的焊接性能。

1试验材料和方法

1.1母材和焊材的选用

文中选用的管道材质分别为SA335 P91钢及P22钢，管道的规格均为φ273×15.08mm，焊丝选用ER62-B3/2.0mm和E6215-2C1M/3.2mm两种，两种管道母材和焊丝的化学成分见表1。

表1. SA335 P91 钢、P22钢、焊丝ER62-B3和E6215-2C1M化学成分(wt.%)

1.2焊接试验

母材的坡口型式为V型，坡口角度为60°，装配间隙为1-4mm，将铁锈、杂质、油污等清理干净。焊接工艺参数为：GTAW+SMAW，焊前预热温度为200℃左右，焊接参数见表2。

表2. SA335 P91 钢和P22钢焊接参数

1.3焊后热处理

焊后热处理的目的是消氢、消应力、降低接头部位硬度，预防产生延迟裂纹。试件焊接完成后，80-100℃保温1-2h，升温至750-770℃保温3.2h，循环3次。当温度在300℃以上时，升降温速率为55-150℃/h，当温度在300℃以下时，空冷至室温。

2焊接接头组织和力学性能试验

2.1 焊接接头金相组织试验

按照GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》，采用金相显微镜GX53进行微观试验，放大倍数为200倍，焊接接头微观组织形貌如图1所示。

焊缝和P91钢侧热影响区均为细小的板条状回火马氏体组织，P22钢侧热影响区为贝氏体和铁素体，焊缝和热影响区无裂纹，无过烧组织，无网状析出物和网状组织，焊缝区靠近P91侧熔合线出存在少量块状铁素体。

图1焊接接头微观组织形貌

2.2 焊接接头拉伸试验

按照GB/T 2651《金属材料焊缝破坏性试验 横向拉伸试验》进行试验，试验结果如表3所示，性能达到设计要求。

表3. 焊接接头拉伸试验结果

2.3焊接接头维氏硬度试验

按照GB/T 2654《焊接接头硬度试验方法》计进行焊接接头硬度试验，试验结果如表4所示，性能达到设计要求。

表4. 焊接接头维氏硬度试验结果

2.4焊接接头室温冲击试验

按照GB/T 2650《金属材料焊缝破坏性试验　冲击试验》进行冲击试验，试验结果如表5所示，性能达到设计要求。

表5. 焊接接头冲击试验结果

3试验结果分析

（1）焊接接头的微观组织显示，焊缝和热影响区无裂纹，无过烧组织，无网状析出物和网状组织，组织为正常的细小的板条状回火马氏体组织，该组织具有高强度而且具有良好的塑性和韧性，能提高接头整体的力学性能，焊缝区靠近P91侧熔合线出存在少量块状铁素体。

（2）焊接接头力学性能检验显示，焊接接头的抗拉强度和冲击韧性都达到了设计要求，表明SA335 P91钢和P22钢焊接接头具有良好的塑性和断裂抗性。

（3）焊接接头的硬度分布呈现从P22侧到P91侧先上升后下降的变化趋势，P91侧热影响区硬度最高，其次是焊缝区，母材区硬度最低，P91母材的硬度高于P22母材。

4结论

焊接试验采用的焊接工艺满足P91与P22异种钢焊接性能，接头微观金相检验、力学性能检验满足设计以要求。

焊接过程中要严格控制线能量，避免焊缝区靠近熔合线侧产生大量块状铁素体，影响SA335 P91钢和P22钢焊接接头性能。

参考文献

[1]张建斌, 刘帆, 樊宁, 郑泽宇.δ-铁素体对P91耐热钢接头冲击性能的影响[J].材料热处理学报,2017,38(3):108-113.

[2]刘玉祥,张小丽, 杨云杰, 匡启平. SA-335 P91马氏体耐热钢焊接工艺研究[J].大型铸锻件,2023,(2):26-31.