P92与316H异种钢焊接接头的研究

武云龙，徐祥久，2，昝斌

1．哈尔滨锅炉厂有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150046

2．高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室 黑龙江哈尔滨 150046

1 序言

随着超超临界锅炉的发展，锅炉受热面材料性能也趋向耐高温、耐腐蚀的方向发展。国内超超临界锅炉正经历从600℃向700℃研发的阶段，对材料的要求也不断提升。因此，研究不锈钢材料的制造，对于提高锅炉参数有一定的实际作用。

SA-312TP316H（以下简称316H）属于奥氏体耐热不锈钢，热导率小，线膨胀系数大，具有奥氏体不锈钢的所有优良特性，是奥氏体不锈钢的典型代表，被广泛应用于石油化工、容器及管道等行业[1]。316H的焊接特点主要有：焊缝处易形成方向性很强的粗大柱状晶组织，使杂质和一些敏感元素在晶间形成低熔点的液态膜成为可能；焊接时间过长时，会使铬的碳化物从奥氏体中析出，在焊缝处形成晶间腐蚀；局部不均匀加热时，易形成较大的温度梯度等，易导致热裂纹的产生[2]。

因此研究316H不锈钢与其他异种钢焊接接头的性能，改善两种材料在焊接过程中存在的差异，对不锈钢集箱，尤其是630℃/650℃的研究具有重要意义和理论价值。

2 试验材料及方法

试验采用φ219mm，壁厚为24mm的SA-335P92（以下简称P92）和316H大口径管进行异种钢对接及接头性能研究，其力学性能见表1。

P92和316H异种钢焊接试验采用镍基焊接材料，M-GTAW封底、SMAW填充盖面的焊接方法，焊后进行（655±15）℃×8h消应力退火处理。本试验设计成两种材料对接的试验方法（见图1），焊接方向为向上立焊，主要焊接参数见表2。

表1 两种钢的力学性能

图1 坡口形式

表2 主要焊接参数

3 试验结果

（1）常规力学性能 焊接接头室温拉伸试验两个试样的抗拉强度分别为619MPa和638MPa，均高于316H管子标准要求的下限值415MPa，而且两试样均断裂在P92母材位置，说明焊接接头强度满足使用要求。焊接接头的4个横向侧弯试样，在经历180°弯曲后个别出现开口缺陷，满足标准要求，说明焊接接头全厚度方向具有良好的抗弯曲塑性变形。拉伸试样、弯曲试样外观形貌如图2所示。

图2 力学性能试样

（2）金相组织 通过金相显微分析，P92侧热影响区（HAZ）中含有大量组织性能较好的回火马氏体，并含有少量铁素体，母材中全部为回火马氏体结构。图3为光学显微镜下焊接接头的金相组织照片。如图3所示，316H热影响区的显微组织靠近母材一侧为粗大的奥氏体晶粒，靠焊缝一侧为奥氏体+铁素体组织。

图3 焊接接头金相组织

图4 硬度取样位置

按图4所示测试位置进行硬度检测，在两侧母材、两侧热影响区和焊缝5个区域内各测试3点，硬度试验结果见表3。

表3 焊接接头硬度测试结果 （HV10）

（3）高温拉伸试验 表4为316H和P92异种钢焊接接头在不同温度下的高温拉伸试验结果，其中Rp0.2满足GB/T 5310—2017中高温规定值的最小允许值。

表4 高温拉伸试验结果

4 结束语

在P92与316H异种钢焊接结构中，选用镍基焊接材料获得的焊接接头，接头组织和各项力学性能指标均可以满足要求。在焊接过程中，应严格控制工件预热温度及层间温度，改善坡口角度，采用较小的热输入及多层多道焊的工艺原则，保证每道焊缝宽度，可以有效控制P92和316H异种钢焊接接头热影响区产生粗大组织。从长远看，在锅炉不锈钢集箱，甚至是630℃/650℃电站锅炉的应用中，316H是否可以作为主要承压部件使用，还需要大量的试验数据分析。