[发明专利]一种针对长期服役P92钢返修的焊接热处理工艺

说明书

本发明涉及一种针对长期服役P92钢返修的焊接热处理工艺，属于刚材修复技术领域。本发明所采用的焊接工艺中，在焊接与母材接触的第一层熔覆金属时，焊接热输入明显增大。这主要是因为在较大热输入下，焊接过程中热循环的峰值温度更高。受焊接温度的影响，热影响区内，尤其是粗晶区内的较大析出物，在此温度下重熔，析出物的重溶后形成的饱和固溶体在后续冷却及热处理中会重新析出细小弥散的碳化物，最终在弥散强化及第二相强化的作用下使热影响区冲击韧性提高，通过该工艺，可以使焊接接头尤其是焊接热影响区的冲击韧性相对母材有较大提高，该项发明的推广应用对保证焊接接头性能进而保障机组安全稳定运行尤其重要。

技术领域

本发明涉及一种针对长期服役P92钢返修的焊接热处理工艺，属于刚材修复技术领域。

背景技术

目前，为适应机组高蒸汽参数机组运行要求，机组高温部件用材料需满足以下几点要求：较好的加工性能、较低的热膨胀系数、抗热疲劳性、良好的焊接性能和高的性价比。P92钢具有较好的高温强度和高温抗氧化性，更低的线膨胀系数，更好的抗热疲劳性且不易产生晶间腐蚀，是超超临界1000MW机组高温部件用主要材料。

但是，该材料在长期服役后(一般50000h以上)母材的冲击韧性严重降低。这是由于长期的高温条件下服役相当于长时间的时效过程，高温条件下其显微组织没有发生退化，对其强度的影响不大。P92钢母材本身存在大量的弥散分布的析出相，而长期时效会导致析出相发生熟化，即大量的小尺寸析出相消失，而边界处能量较高的析出物长大，这一过程中本来起到弥散强化的析出相聚集在晶界反而容易成为承载载荷时的起裂源。因而降低了材料的韧性，材料的冲击韧性严重降低。

冲击韧性是表征材料抵抗冲击断裂的能力，韧性是P92钢的一个重要指标。

现有针对P92钢的焊接工艺多为针对未长期服役的P92新材料。未长期服役的(新的)P92钢一般经过TMCP(热控轧制加工)过程，保证了其具有较小的晶粒度，在弥散强化的作用下进一步降低其晶粒尺寸，细晶强化的作用更强，所以具有较高的冲击吸收功。ASTMA335中P92钢供货态的冲击韧性参考值为140J。

因此，常规的P92更换或修复制定的焊接热输入(主要指焊接电流)多采用多层多道焊接的小热输入方式。有研究表明：冲击吸收功与材料的析出物状态相关，当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载载荷时最容易成为起裂源，导致材料更容易断裂，在宏观层面就表现为材料冲击韧性降低。因此若采用常规焊接工艺焊接长期服役的P92钢，会因为较小热输入下焊接热循环温度偏低，不能对母材中的析出物很好的熔解，在后续的凝固及焊后热处理时，析出物就不能弥散分布在材料基体中，冲击韧性得不到提高。

常规修复方案中，不考虑此时P92母材冲击韧性下降的问题，一般都将其按照未长期服役的P92钢材对待。由于相变组织、应力复杂，焊接热影响区是焊接接头的性能薄弱区域，尤其对于P92钢，失效一般都从热影响区发生，因而需要专门制定焊接工艺用以提高焊接热影响区的性能，尤其是冲击韧性。

由于以往的焊接工艺，对于该类材料的更换或返修并不制定特殊的焊接工艺，这就会导致焊接接头尤其是热影响区的冲击韧性较差，达不到相关标准要求。

有鉴于上述的缺陷，本发明以期创设一种针对长期服役P92钢返修的焊接热处理工艺，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种针对长期服役P92钢返修的焊接热处理工艺。本发明所采用的焊接工艺中，在焊接与母材接触的第一层熔覆金属时，焊接热输入明显增大。这主要是因为在较大热输入下，焊接过程中热循环的峰值温度更高。受焊接温度的影响，热影响区内，尤其是粗晶区内的较大析出物，在此温度下重熔，析出物的重溶后形成的饱和固溶体在后续冷却及热处理中会重新析出细小弥散的碳化物，最终在弥散强化及第二相强化的作用下使热影响区冲击韧性提高，通过该工艺，可以使焊接接头尤其是焊接热影响区的冲击韧性相对母材有较大提高，该项发明的推广应用对保证焊接接头性能进而保障机组安全稳定运行尤其重要。