為了解決浙江至德鋼業(yè)有限公司擴建工程機組低壓旁路蒸汽管道低旁閥F91鋼管與閥后不銹鋼管異種鋼接頭直接焊接無法進行熱處理的問題，通過分析F91鋼與12Cr1MoVG鋼、12Cr1MoVG鋼與不銹鋼兩組異種鋼焊接接頭的焊接熱處理性能，采用在F91鋼與不銹鋼異種鋼焊接接頭中間增加12Cr1MovG過渡段的方法進行處理。對焊接及熱處理完成后的兩組異種鋼接頭進行無損檢測和硬度檢驗，結果均符合相關標準要求。證明了采用增加12Cr1MoVG過渡段處理F91與異種鋼焊接接頭的熱處理問題的可行性。

 在超超臨界火力發(fā)電機組的安裝中，由于各種碳素鋼、低合金鋼、熱強鋼、不銹鋼的廣泛使用，經(jīng)常不可避免地出現(xiàn)異種鋼焊接接頭。由于異種鋼焊接接頭兩側(cè)母材合金成分、金相組織、力學性能的差異，使得其比同種鋼焊接接頭的焊接、熱處理要復雜的多。因此異種鋼焊接接頭是焊接和熱處理質(zhì)量的薄弱部位，是火力發(fā)電廠機組安裝焊接施工中的重點和難點，其焊接熱處理質(zhì)量對火力發(fā)電廠運行的穩(wěn)定性和安全性有著重要的影響。

  江蘇華電句容二期（2×1000MW）擴建工程機組為1000MW超超臨界二次再熱燃煤機組。機組設計圖紙要求為低壓旁路蒸汽管道低旁閥前為A335P92鋼管道，后為不銹鋼管道，低旁閥為組合件。甲供低壓旁路蒸汽管道低旁閥前為A335 P92鋼管道，后為不銹鋼管道，低旁閥進口接管材質(zhì)為F92鋼，出口接管材質(zhì)為F91鋼，閥后低壓旁路蒸汽管道材質(zhì)為不銹鋼，鋼管規(guī)格為1219mm×14.27mm。

一、F91鋼的主要性能

 F91鋼是一種改進的9cr1Mo鍛鋼，是在9Cr1Mo鋼的基礎上添加了釩、鈮等元素形成的，具有較低的熱膨脹系數(shù)和良好的導熱性，同時抗拉強度和屈服強度較高，特別是在高溫下具有較高的蠕變強度、持久強度及許用應力。但F91鋼淬硬趨向大，焊縫及熱影響區(qū)容易產(chǎn)生高硬度馬氏體組織，使焊接接頭脆性增大，導致產(chǎn)生冷裂紋。

 F91鋼為馬氏體熱強鋼，不銹鋼管為珠光體熱強鋼，根據(jù)兩者化學成分及力學性能可選擇TIG-R30焊絲和R307焊條，采用氬電聯(lián)焊。但F91鋼熱處理溫度為750~770℃，不銹鋼熱處理溫度為670~700℃。

 F91鋼管最低熱處理溫度750℃高于不銹鋼管最高熱處理溫度700℃，且相差達50℃。若采用不銹鋼最高熱處理溫度700℃進行熱處理，則使得F91側(cè)母材、熱影響區(qū)以及熔合區(qū)達不到高溫回火的效果，無法有效改善該側(cè)金相組織，無法有效提高焊接接頭的塑性、韌性等力學性能，無法有效降低該側(cè)硬度，使得其焊縫在今后運行中極易產(chǎn)生裂紋等缺陷，存在安全隱患。若采用F91鋼最低熱處理溫度750℃進行熱處理，則造成不銹鋼側(cè)母材、熱影響區(qū)以及熔合區(qū)金屬超過其Aa溫度740℃，發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，冷卻后使得組織晶粒過大，碳化物聚集長大，使該側(cè)母材、熱影響區(qū)以及熔合區(qū)金屬力學性能和硬度都偏低。若采用700~750℃之間的溫度進行熱處理，則上述兩種熱處理溫度的缺點均無法完全避免。

 由上可知，無論采取上述哪種熱處理溫度，均無法使F91鋼管與不銹鋼管焊接接頭達到有效改善金相組織，提高焊接接頭的塑性、韌性等力學性能，降低硬度的效果。因此，必須對F91鋼管與不銹鋼管接頭考慮其他可行且經(jīng)濟的處理方案。

二、處理方案

針對F91鋼管與不銹鋼管焊接接頭無法選擇合適熱處理溫度的問題，采取在F91鋼管與不銹鋼管之間增加長度大于500mm的12Cr1MoVG鋼管作為過渡段。以替代F91鋼與不銹鋼的直接焊接，從而解決F91鋼與不銹鋼焊接接頭無法選擇合適熱處理溫度的問題。

12Cr1MoVG鋼的主要性能12Cr1MoVG鋼為國標鍋爐用鋼，屬于珠光體熱強鋼，在550℃以下具有較高的耐高溫持久強度。采取在F91鋼管與不銹鋼管之間增加長度大于500mm的12Cr1MoVG鋼管作為過渡段的處理方式，即以F91鋼與12Cr1MoVG鋼焊接接頭、12Cr1MoVG鋼與不銹鋼焊接接頭取代F91鋼與不銹鋼的焊接接頭。

F91鋼管與12Cr1MoVG鋼焊接接頭可選擇TIG-R31焊絲和R317焊條，采用氬電聯(lián)焊。F91鋼熱處理溫度為750~770℃，12Cr1MoVG鋼熱處理溫度為720~750℃，F(xiàn)91鋼與12Cr1MoVG鋼焊接接頭焊后熱處理溫度可選擇750℃。12Cr1MoVG鋼與不銹鋼焊接接頭可選擇TIG-R30焊絲和R307焊條，采用氬電聯(lián)焊。12Cr1MoVG鋼熱處理溫度為720~750℃，不銹鋼熱處理溫度為670~700℃，因不銹溫度為740℃，12Cr1MoVG鋼與不銹鋼焊接接頭熱處理溫度仍可選擇720℃。

熱處理溫度720℃與不銹鋼管溫度740℃僅相差20℃，考慮到熱處理過程中熱電偶的誤差，周圍射頻信號對熱處理機數(shù)字顯示的干擾以及同一施工電源中其他大功率設備啟停對于熱處理設備電流電壓的影響。因此熱處理過程中應使用校驗準確精度高的熱電偶，恒溫過程中應盡可能避免周圍不利因素對于熱處理設備的影響，專人嚴格監(jiān)控熱處理過程中的最高加熱溫度，以保證熱處理的質(zhì)量。

三、焊接接頭熱處理及檢驗

 1. 焊接

  選擇TIG-R31焊絲和R317焊條，采用氬電聯(lián)焊焊接F91鋼與12Cr1MoVG鋼。氬弧焊打底前用柔性陶瓷電阻預熱150℃，加熱寬度100mm，并在管道內(nèi)壁做氣室充滿氬氣對根部進行保護。氬弧焊打底時焊絲直徑2.5mm，電流90~105A，電壓10~14V，焊接速度50~65mm/min。手工電弧焊時采用多層多道焊，焊條直徑3.2mm，電流110~125A，電壓23~25V，焊接速度100~130mm/min。

  選擇TIG-R30焊絲和R307焊條，采用氬電聯(lián)焊焊接12Cr1MoVG鋼與不銹鋼。氬弧焊打底前用柔性陶瓷電阻預熱150℃，加熱寬度100mm。氬弧焊打底焊時，焊絲直徑為2.5mm，電流為90~115A，電壓為11~13V，焊接速度為50~65mm/min。手工電弧焊時，采用多層多道焊，焊條直徑為3.2mm，電流為115~130A，電壓為23~25V，焊接速度為110~130mm/min。

 2. 熱處理

  F91鋼與12Cr1MoVG鋼焊接接頭采用柔性陶瓷電阻加熱進行熱處理。在焊接完成后，焊件溫度降至80~100℃，保溫1~2小時后立即進行。采用4只K分度鎧裝熱電偶進行控溫，沿管道間隔90°均勻布置，其中相隔180°的兩只布熱電偶布置在焊縫中心上，另兩只相隔180°熱電偶布置在焊縫邊緣靠12Cr1MoVG側(cè)50mm內(nèi)，采用點焊機固定，并使用KCA型補償導線，以嚴格準確監(jiān)控加熱溫度。加熱寬度焊縫兩側(cè)各150mm，保溫寬度兩側(cè)各200mm。熱處理溫度為750℃，升降溫時300℃以上升降溫速度控制在150℃/h以下，恒溫時間為2h。熱處理過程中有專人嚴格監(jiān)控溫度，以保證熱處理的質(zhì)量。

 12Cr1MoVG鋼與不銹鋼管焊接接頭采用柔性陶瓷電阻加熱進行熱處理，焊接完成后立即進行。采用4只K分度鎧裝熱電偶進行控溫，沿管道間隔90°均勻布置，其中相隔180°的兩只布熱電偶布置在焊縫中心上，另兩只相隔180熱電偶布置在焊縫邊緣靠A691G.1-1/4CrCL22側(cè)50mm內(nèi)，采用點焊機固定，并使用KCA型補償導線，以嚴格準確監(jiān)控加熱溫度。加熱寬度焊縫兩側(cè)各150mm，保溫寬度兩側(cè)各200mm。熱處理溫度為720℃，升降溫時300℃以上升降溫速度控制在300℃/h以下，恒溫時間為1h。

 由于熱處理控溫要求高，考慮到熱處理過程中熱電偶的誤差，周圍射頻信號對熱處理機數(shù)字顯示的干擾以及同一施工電源中其他大功率設備啟停對于熱處理設備電流、電壓的影響。因此，熱處理安排在夜間進行，過程中盡可能避免周圍不利因素對于熱處理設備的影響，并有專人嚴格監(jiān)控溫度，以保證熱處理的質(zhì)量。熱處理完成后，進行了射線探傷，均達到Ⅱ級合格標準。

 焊接接頭硬度檢驗沿焊縫圓周五個部位的0點、3點、6點、9點4個方向進行，每一部位的每一方向均打五點硬度。硬度檢驗結果見表。由表可以看出，焊縫硬度均大于兩側(cè)母材，且兩側(cè)異種鋼焊縫硬度均未超過母材硬度較高側(cè)平均值的130%，硬度檢測結果符合要求。

四、結論

 在F91鋼管與不銹鋼管之間增加長度大于500mm的12Cr1MoVG鋼管過渡段后，F(xiàn)91鋼與12Cr1MoVG鋼、12CrlMovG鋼與不銹鋼焊接接頭質(zhì)量完全合格。因此采用此種方式處理F91鋼與不銹鋼焊接接頭是可行的，可以避免F91鋼與不銹鋼焊接接頭無法選擇合適熱處理溫度的問題，保證了焊接質(zhì)量。