SA213T92、T23异种钢小径管焊接接头金相组织分析

摘 要：SA213T92和T23都是新型的耐热钢，两种钢材的异种钢焊接的工艺评定是完全必要的，本文通过小径管焊接接头的金相组织分析为焊接工艺评定提供了可靠的依据。

关键词：T92；T23；异种钢焊接；金相组织

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.028

1 前言

T92是日本在T91基础上，对成分做了进一步完善改进，适当降低Mo含量至0.30-0.60%、加入1.50-2.00%的W形成的新型铁素体耐热合金钢。T92具有比奥氏体钢更为优良的热膨胀系数和导热系数，其具有极好的持久强度、高的许用应力、良好的韧性和可焊性。T92钢管性能优良，使用温度可达650℃。可部分替代TP304H和TP347H奥氏体不锈钢管制造金属壁温不超过650℃的亚临界、超临界乃至超超临界的电站锅炉的高温过热器和再热器管等受压部件，该钢作为将来、现有锅炉的最高温度区以及超临界压力锅炉管子用钢，将能得到广泛应用。T92钢管的正常热处理工艺为正火+回火，正火温度1040℃-1080℃，回火温度760℃-790℃，正常供货态金相组织为回火马氏体。T23钢是日本在我国钢102（12Cr2MoWVTiB）的基础上将碳的含量降至0.04-0.10%以改进材料的焊接性能，Mo含量降至0.05一0.30%，W量升至1.45 一1.75%从而形成的低碳低合金贝氏体耐热钢，SA213T23钢管综合性能良好，最高使用温度为600℃，可用于制造大型亚临界电站锅炉金属壁温不超过600℃的过热器和再热器，或用作超超临界锅炉的水冷壁材料，目前SA213T23钢在我国锅炉制造中得以应用，并具有相当好的应用前景。T23正常成品钢管的热处理工艺也为正火+回火，正火温度为1000℃±10℃，回火温度为760℃±15℃，其正常供货态金相组织为回火贝氏体，允许存在回火索氏体或回火马氏体。目前两种材料都已纳入ASTM A213标准（表1）。

2 金相检验背景

SA213T92和T23作为新型的铁素体耐热型钢，都可作为大型亚临界电站锅炉金属壁温不超过600℃的过热器和再热器的材料，因此两种材料的异种钢焊接的可行性研究是完全必要的；我公司焊接专业对这两种材料的过热器小径管作了焊接工艺评定，委托我检测中心对焊接接头进行了金相组织分析。

管子规格为Φ50.8×4.5 ，坡口形式V型，焊接方法：手工钨极氩弧焊 。

3 金相检验过程

（1）试样的镶嵌：委托的金相试样检验面为焊缝的横剖面，由于试样较小，因此采用冷凝镶嵌法将试样镶嵌至PVC管中以方便磨制。镶嵌所用的材料除了有PVC管外还有自凝式义齿基托树脂和自凝式义齿基托树脂液剂。将二者以一定比例混合后，将稠状液体倒入装有试样（检验面朝下）的PVC管中，过一段时间后，义齿基托树脂自然凝固，试样镶嵌完毕。

（2）试样的磨制：将试样分别用100#、240#、400#水磨砂纸磨好后，换2#、4#、6#金相砂纸依次磨制。每换一次砂纸试样都应转90度，使新磨痕与旧磨痕成垂直方向，每张砂纸研磨的时间不宜过长，当旧磨痕完全消失，新磨痕均匀时即可更换砂纸。

（3）试样的抛光：采用机械抛光的方法。抛光织物为细帆布，抛光磨料为5μm的金刚石抛光液。抛光时试样的磨痕与抛光盘的转动方向垂直，抛光过程中，对试样要均匀施加压力，但用力要轻。抛光时应适当增加抛光液，同时喷一些自来水，保持抛光织物的湿润。当检验面均匀平坦，光滑如镜时即可结束抛光。

（4）试样的侵蚀：该试样是异种钢焊接接头，且两种材料的合金成分相差较大，因此选取了两种侵蚀液。先选用4%硝酸酒精溶液对低合金侧进行侵蚀，（对焊缝和高合金侧无侵蚀）。侵蚀完后，用酒精清洁，电吹风吹干，放置显微镜下观察照相。再选用三氯化铁盐酸水溶液（50ml盐酸、100ml水、5g三氯化铁）对高合金侧和焊缝进行侵蚀（此时，虽然也对低合金侧 产生侵蚀，但低合金侧已经检验完毕）。侵蚀完后，用酒精清洁，电吹风吹干，放置显微镜下观察照相。

侵蚀方法：采用脱脂棉蘸侵蚀液对试样检验面进行轻轻擦拭；

侵蚀时间：三氯化铁盐酸水溶液侵蚀液的侵蚀时间大约在15S左右，低合金侧硝酸酒精溶液的侵蚀时间大约为12S左右。

4 金相检验结果

（1）焊缝熔化良好，焊缝和热影响区未发现裂纹、未熔合等缺陷。由于管壁较薄，因此热影响区包括的熔合区、过热区、正火区和不完全重结晶区四个区域也很窄，在金相显微镜下很难将各区区分开来。

（2）金相组织分析

1）焊缝组织为回火马氏体，组织均匀，板条明显，晶粒比T92母材稍粗（见图1）。

2）T92侧热影响区组织为回火马氏体，组织均匀，板条明显，晶粒粗细与T92母材相近。（焊缝和母材熔合非常好，熔合区无异常组织，熔合区金相相片见图②，其中下为焊缝，组织较粗；上为热影响区）。

3） T92母材组织回火马氏体，板条明显。（见图3）

4）T23侧热影响区：组织为回火贝氏体和少量回火索氏体。（熔合区金相相片见图4。焊缝和母材熔合良好，熔合区近焊缝侧有少许增碳层，在T23侧有少许脱碳层，上为未侵蚀的焊缝。）

5）T23侧母材金相组织为回火贝氏体和少量回火索氏体。（见图5）

5 结论

经金相组织检验，焊缝和热影响区组织符合DL/T 868-2014《焊接工艺评定规程》、DL/T 869-2012《火力发电厂焊接技术规程》、DL/T 438-2009 《火力发电厂金属技术监督规程》的下述规定：无裂纹、无过烧组织、无淬硬马氏体组织。金相组织为回火马氏体或回火索氏体，焊缝和熔合区金相组织中的δ铁素体含量不超过8%，最严重的不超过10%。

综上所述：从金相组织方面分析，T92和T23的小径管异种钢焊接是完全可行的。

参考文献：

[1]DL/T 884-2004《火电厂金相检验与技术评定导则》.

[2] DL/T 868-2014《焊接工艺评定规程》.

[3]DL/T 869-2012 《火力发电厂焊接技术规程》.

[4]DL/T 438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》.

[5]DL/T 752-2010《火力发电厂异种钢焊接技术规程》.

[6]ASTM A213《 Standard Specification for Seamless Ferritic and Austenitic Alloy-steel Boiler， Superheater，and Heat-Exchanger Tubes》.

作者简介：牟军（1974-），男 ， 大专，助工，研究方向：金属检测。endprint