异种钢焊接材料选用原则

表5-5-32 异种钢焊接材料的选用原则

5.2 新型铁素体耐热钢与其它耐热钢异质接头焊接及焊后热处理工艺

新型9%~12%Cr铁素体耐热钢与低合金耐热钢焊接（以P91与P22钢为例）

(1) 焊接材料选用的可能类型

美国AWS D10.8和英国BS2633工艺标准提供了一些指导性意见。在AWS D10.8中列举了四种可能的选择。

a) 焊缝成分与低合金钢一侧材料的成分一致（低匹配）。

b) 焊缝金属与高合金材料侧成分一致，用9Cr-1Mo-V合金系统焊材（即高匹配）。

c) 焊缝金属取两种材料中间的成分如5CrMo或9CrMo（各部中间匹配）。

d) 焊缝金属采用镍基合金焊材。

(2) 焊接材料选用的原则及规范

a) 基本原则焊缝金属须至少等于或高于两种材料中强度较低的一种钢，一般选择均偏向取低合金成分。

b) BS2633规范与基本原则相似，但建议涉及P91钢的异种钢焊接时，宜选用9CrMo 焊材。尤其强调了镍基合金材料的采用。

c) AWSD 10.8规范则认为无须使用镍基，除非P91钢是与奥氏体不锈钢或镍基合金相焊接。

d) 镍基合金的使用在一定程度上影响NDT检测的范围。

(3) 焊接及焊后热处理工艺规范的规定

a) 最合适的焊后热处理规范在P91异种钢焊接中极为重要。

b) 回火温度要兼顾平衡P91与P22（或其他低合金钢）的适用范围以及焊缝金属的最佳温度范围。如P91为730℃~790℃，而P22为680℃~720℃，因此BS2633标准提出P91这种异种钢接头的热处理规范应是一种折衷的效果。

c) 回火温度具体确定一般采用P91钢的最低允许回火温度，但为取得最佳的抗蠕变性能，则应采用低合金钢侧的最高允许温度。

d) P91与P22异种钢常用回头规范为720℃~730℃，保温时间要应壁厚确定。

i.此规范能对P91钢HAZ进行足够的回火，而不会造成对P22钢的过回火；但不能有效地对采用2CrMo或9CrMo焊材的焊缝进行热处理。

ii.此规范对采用P91类材料的焊缝回火温度则过低，此时，可采用746℃×2h规范。

iii.对尺寸小一些的管道（δ<10mm）保温时间0.5h。

e) 焊后热处理对接头成分与性能的影响

i.焊后热处理的不利影响是由于它会促使熔合线附近的碳元素向含Cr高的一侧扩散偏析，其结果将导致靠近含Cr低的合金钢一侧的焊缝脱碳软化，依成分不同，这一脱碳区可能处于焊缝中或低合金母材一侧的HAZ。

ii.脱碳程度不严重，受冲击断裂区一般仍会落在低合金一侧的母材HAZ（如P22钢的“第四类”软化区）。

iii.目前，不同机构对焊接材料的选择大都受到他们对这一问题的判断的影响。

f) 试验表明，用2CrMo焊接材料焊接P91与P22钢异种接头可获得满意的性能。这也支持了许多机构的看法和AWSD10.8规范的推荐意见。

g) P22与P91焊先在P22侧堆焊P91（过渡层）经760℃热处理后用P22材料焊接的接头的进行720℃处理对现场十分有意义。

h) 工艺规范（参考文献[12]P7 图6、图7、图11）。

综上所述对不同化学成分的新型铁素体耐热钢（异种）焊接，要获得优质的焊接接头必须首先选择合理的焊接材料，其次是确定科学合理的焊后热处理工艺规范。这是异种钢焊接工艺的两个关键，对异种钢焊接接头性能具有决定性作用。