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【摘要】T91钢由于其良好的耐高温、抗氧化、抗高温蒸汽腐蚀等性能，在电站锅炉中的应用范围也在逐步增加，世界各国对T91钢的关注度也在不断提升。但是由于T91钢淬硬倾向大，对氢致裂纹极为敏感，电站锅炉的安装与检修焊接过程易出现氢裂纹，氢裂纹预防措施办法没有执行到位会造成部件的断裂，因此要选择合适的工艺参数，以合适的焊接工艺对可能出现的缺陷进行合理的预防。本文重点介绍电站锅炉用T91的焊接特点以及合适的焊接工艺，为从事电站锅炉焊接的技术人员提供参考。
【关键词】电站锅炉安装；电站锅炉检修；T91钢；焊接工艺
引言
电站锅炉的工作环境决定了锅炉的材料必须具有良好的抗拉强度、耐高温、高温蠕变、导热性、低热膨胀性等性能，同时，为强化经济效益，要求锅炉材料必须具有裂纹易检测的特性，T91钢能够满足电站锅炉材料的要求。随着社会的发展，锅炉的效率也要更进一步，最好的方式就是提高锅炉的工作温度与工作压力，在实际执行层面来讲就是研发薄壁的锅炉，从科学技术层面来讲就是想着大参数、高容量、单元集中的方向发展。为避免在焊接时发生异种金属焊接难以及异种金属焊接部位早期易失效的问题，各国已经默认了在高参数锅炉中不采用奥氏体不锈钢这项准则。采用T91钢能够很好地解决以上问题，因此在安装与检修过程中需要对焊接工艺有充分的了解。
一、T91钢的研究现状及性能
20世纪50年代，逐渐出现了高参数机组的锅炉，提升了锅炉的工作温度与压力，但是当时阶段的使用锅炉材料不足以满足要求，引发了世界各国对非微量合金的研究。50年代末，法工一家钢铁公司熔炼出第一炉EM12材料，瓦鲁海克用EM12制造出第一根过热器用钢管；1964年法国研发出X20钢，比起EM12，X20钢在温度高于520℃时蠕变能力与断裂相对较差；1980~1984年，美、英、加拿大等国家用T91代替了之前使用的不锈钢材料，同时在1983年，T91钢被批准在锅炉过热其中使用。我国从20世纪80年代末开始使用T91钢材，主要使用范围是300MW和600MW组的过热器和再热器部分，因此了解焊接工艺对锅炉安装、检修十分重要。
1.1.T91钢材的焊接性
T91钢是在9Cr1Mo钢的基础上，进行进一步的加工处理，采用纯净化、细晶化冶金技术以及控轧、控冷的工艺开发出的新型合金耐热钢。因为经过处理，降低了C、P、S元素的含量，并添加了V、Nb、N等元素，大大提升了钢的强度和韧性，但是由于碳含量的降低，钢材的裂纹敏感性也随之下降，钢的焊接性得一增强。
1.2.焊接裂纹敏感性
钢材中的合金元素种类较多，总含量占成分全部的十分之一，其空淬特性较为明显，淬硬倾向大，冷裂纹敏感性依然极强。主要形成原因是因为钢材中铁素体、珠光体、碳化物形成临界冷却的时间增加，一般情况下的冷却条件无法满足，从而形成马氏体组织。研究材料表明，T91钢的冷裂纹倾向介于T22和T9之间，在进行焊接时需要对进行高于200℃的预热才能满足焊接条件。
根据相关文献以及实验材料表明：T91 钢的热裂纹倾向介于SA213－T9和SA213－TP304H之间，表现出较为明显的热裂敏感性，因此在焊接过程中必须对焊接线的能量加以严格控制，保证焊接时层间温度适宜。
二、电站锅炉中T91钢的焊接工艺
2.1.焊接方法
由于T91钢材的冷裂纹倾向大，极易产生氢致裂纹，为保证焊接工作的质量，所以应该在低氢基或者超低氢的环境下进行焊接工作，焊接时选用无氢源的焊接方法，需要注意的是，对小口径薄壁管的焊接方式以氩弧焊为最佳。
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2.2.焊接材料
为了降低异种金属之间焊接难所带来的影响，在焊接时材料的选择要考虑熔敷的化学成分与连接体的材料成分相近，同时要保证材料符合国家标准以及相关规定，同时，焊条的选择应该尽量避免氢元素，宜采用低氢型焊条。
2.3.焊接接头坡口
T91钢材的合金含量多成分复杂，相比一般合金钢材，Cr的含量偏高，这会造成焊接时的熔池液态金属张力较大，所以焊接时接头坡口应选择70°±5°为最佳。接头部位以及边缘20㎜的范围内不允许有裂纹重皮的情况出现，要保证焊接部位的干净整洁、避免出现油污、锈蚀、氧化皮等杂质影响焊接质量。
2.4.预热温度、层间温度
T91钢的淬硬倾向大，氢致裂纹敏感，需要采用预热的方式控制焊接的冷却速度，降低焊接应力，避免热影响区淬硬组织的产生，预热和控制层间温度是降低裂纹产生风险的最佳办法。但是如果预热和层间温度过高的话，会损害接头的性能，所以一般情况下，都会选择保证不裂的情况下，预热温度尽可能的低。
T91钢材的Ms点约为370℃，不可选择过高的预热温度，会影响到焊接接头的冷却速度。同时温度超过450℃的时候，会影响焊接接头中晶界出碳化物的析出，从而降低焊接接头的冲击韧性，值得注意的是，如果一旦出现这种情况是无法补救的，高温回火不能改善铁素体与碳化物组织的形成。在475℃的脆性影响也要纳入温度的影响范围内，选择预热温度为200℃~250℃，层间温度为250℃～350℃，氩 弧焊焊接预热温度可降低50℃。
2.5.消氢处理
因为极易产生氢致裂纹，所以要在钢材焊接后的温度冷却至80℃~100℃，保证焊接产生的奥氏体转变为马氏体后再进行回火处理，如果焊后立马进行回火，会造成奥氏体向珠光体的转变，造成组织脆化。或者进行消氢处理，消氢温度为260℃～400℃，保温时间是每25㎜保温1h，最低不少于0.5h。但是在焊缝全部采用氩弧焊时可不用消氢处理。
2.6.焊后热处理温度和保温时间的确定
焊接完成后进行热处理对焊缝的组织和性能是极其有利的，降低焊缝金属和热影响区的硬度，提高焊缝韧性，同时可以消除焊接残余应力。为了保证焊接效果，在进行回火时，应该保证温度在740℃~780℃，保温1h保证焊接后形成的金相组织为回火马氏体。
三、总结
T91钢材因为良好的冲击韧性和耐高温、导热性良好等特性，在高参数锅炉中会成为选材的主流，这种情况下，要保证安装和维修过程的焊接质量才能保证锅炉的长期使用。总的来说，在焊接时需要注意的就是预热和层间温度，T91钢焊接性较差，焊前必须预热200℃以上，保证温度的适宜才能使焊缝的韧性和强度达到最佳使用状态；同时要选择合适的焊接方法，以低氢为主；焊接后要进行热处理，同样是以温度为主要影响因素对其进行控制，保温时的温度以及保温时间保证奥氏体能够完全转变为马氏体为准。对T91钢材的特性进行分析并针对可能发生的问题采取对应的处理方式，控制好温度等影响因素，就能保证焊接的质量，提高锅炉的使用率。
四、参考文献
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[5]周丽萍. T91钢焊接工艺研究及应用[J]. 机械工程与自动化,2017(05):127-129.
论文作者:蔺超
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/9
标签：锅炉论文; 裂纹论文; 温度论文; 电站论文; 钢材论文; 材料论文; 焊接工艺论文; 《电力设备》2019年第19期论文;