CN112029983A - 一种马氏体耐热钢g115大径厚壁管道焊后热处理工艺 - Google Patents

一种马氏体耐热钢g115大径厚壁管道焊后热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及G115大径厚壁管道技术领域，具体涉及一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺，包括步骤：(1)焊接完成立即进行焊后低温保护。(2)所述低温保温完成后，立即对焊缝进行第一次高温回火，回火温度为740℃～760℃，保温时间为2.5‑3.3min/mm，保温完成后降温，即完成第一次高温回火。(3)对焊缝处进行无损探伤检测，确认焊缝无缺陷。(4)清理干净焊接接头表面，进行第二次高温回火，工艺同步骤(2)。本发明针对马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊接接头韧性不足问题，采用两次高温回火热处理法，保证焊接接头强度的同时保证韧性，功能性强，方便实用。

Description

一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺
技术领域
本发明涉及G115大径厚壁管道技术领域，具体涉及一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
G115作为我国为630℃-650℃高参数超超临界机组研发的新材料，与SA-335P92相比各项性能指标优异，因此成为当前世界首台630℃超超临界机组主蒸汽管道的唯一候选材料。
目前国内外相关对9Cr-3W-3Co系列马氏体耐热钢研究基本处于研发阶段和试用前的性能研究。G115作为世界首台630℃超超临界二次再热机组示范工程主蒸汽管道候选材料，目前处于推广前的试验验证阶段，对于G115钢的焊接及热处理工艺也处于研究阶段。目前，新型马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊接及热处理主要存在的缺点为：焊后热处理之后，焊接接头冲击韧性较低，特别是管道内壁区域焊缝冲击韧性不能满足性能要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺，该工艺适用于630℃参数超超临界机组新型马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理，能有效克服管道焊接接头高温回火热处理后焊接接头韧性不足问题。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺，包括步骤：
(1)焊接完成立即进行焊后低温保护：将焊接接头加热至100℃～120℃，然后用保温部件将接头焊缝包覆在其中进行低温保温。
(2)所述低温保温完成后，立即对焊缝进行第一次高温回火，加热宽度以焊缝为中心每侧不少于5倍壁厚，回火温度为740℃～760℃，保温时间为2.5-3.3min/mm，保温完成后降温，即完成第一次高温回火。
(3)对焊缝处进行无损探伤检测，确认焊缝无缺陷。
(4)清理干净焊接接头表面，进行第二次高温回火，工艺同步骤(2)。
进一步地，步骤(1)中，所述保温部件为保温棉，其兼具良好的柔软性和保温性能，能够将圆环形焊缝包裹在其中使焊缝进行保温。
进一步地，步骤(1)中，所述加热采用柔性陶瓷电阻加热器进行，低温保温时间为1.8～2.1小时。采用柔性陶瓷电阻的加热方式可使环形焊缝能够同时被均匀加热，确保焊缝各处同时达到设定温度。
进一步地，步骤(2)中，所述第一次高温回火采用中频感应加热装置加热至740℃～760℃，升温速度不大于60℃/h。
进一步地，所述中频感应加热装置的感应线圈与管道间隙为10mm～80mm控制范围内。
进一步地，步骤(2)中，所述保温采用的方式为用保温棉将接头焊缝包覆在其中。
进一步地，步骤(2)中，所述保温棉厚度不小于40mm，保温宽度为焊缝中心每侧不少于7倍壁厚。
进一步地，步骤(2)中，所述降温速度不大于60℃/h。
进一步地，步骤(2)中，低温保温完成后如果无法立即进行第一次回火处理，则在后续需要进行第一次回火处理时，需进行后热工艺，优选地，所述后热工艺的加热温度为300℃～400℃，保温时间为2h。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明针对新型马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊接接头韧性不足问题，采用两次高温回火热处理法，保证焊接接头强度的同时保证韧性，功能性强，方便实用。
(2)本发明在新型马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊接接头第一次高温回火热处理后增加无损检测工序，避免因焊接接头缺陷修复问题再次高温回火处理，确保一个焊接接头最多两次高温回火热处理，防止多次高温回火处理。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。现根据具体实施例对本发明进一步说明。
正如前文所述，目前，新型马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊接及热处理主要存在的缺点为：焊后热处理之后，焊接接头冲击韧性较低，特别是管道内壁区域焊缝冲击韧性不能满足性能要求。为此，本发明提出了一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺，现结合具体实施方式对本发明进一步说明。
第一实施例
一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺，该管道壁厚δ＝115mm，直径d＝530mm。具体地，所述焊后热处理工艺包括步骤：
(1)焊接完成立即对焊缝进行焊后低温保护：采用柔性陶瓷电阻加热器环绕焊缝一圈，在焊缝处设置测控温热电偶，将焊缝加热至105℃～110℃之间，然后用保温棉将焊缝包裹在其中进行低温保护，时间2小时。
(2)步骤(1)的低温保护后，拆除保温棉、柔性陶瓷电阻加热器、测控温热电偶，然后在焊缝处布置中频感应加热装置，其中感应线圈与焊缝之间的间隙为40mm，完成后准备进入第一次高温回火工序。
(3)开始第一次高温回火处理：中频感应加热装置的加热宽度以焊缝为中心每侧不少于5倍壁厚δ，升温速度不大于60℃/h，将焊缝处加热至740℃～760℃之间，然后用40mm厚度的保温棉将焊缝包裹在其中进行保温，保温时间按照3min/mm(焊缝周长)计算，保温宽度每侧不少于7倍壁厚δ。
(4)第一次高温回火热处理完毕后，进行无损探伤检测，确认焊缝无缺陷。
(5)清理干净焊接接头表面，进行第二次高温回火处理，处理工艺同步骤(3)，完成后即得。
第二实施例
一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺，该管道壁厚δ＝115mm，直径d＝530mm。具体地，所述焊后热处理工艺包括步骤：
(1)焊接完成立即对焊缝进行焊后低温保护：采用柔性陶瓷电阻加热器环绕焊缝一圈，在焊缝处设置测控温热电偶，将焊缝加热至100℃～110℃之间，然后用保温棉将焊缝包裹在其中进行低温保护，时间2.1小时。
(2)步骤(1)的低温保护后，拆除保温棉、柔性陶瓷电阻加热器、测控温热电偶，然后在焊缝处布置中频感应加热装置，其中感应线圈与焊缝之间的间隙为10mm，完成后准备进入第一次高温回火工序。
(3)开始第一次高温回火处理：中频感应加热装置的加热宽度以焊缝为中心每侧不少于5倍壁厚δ，升温速度不大于60℃/h，将焊缝处加热至740℃～760℃之间，然后用40mm厚度的保温棉将焊缝包裹在其中进行保温，保温时间按照3min/mm(焊缝周长)计算，保温宽度每侧不少于7倍壁厚δ。
(4)第一次高温回火热处理完毕后，进行无损探伤检测，确认焊缝无缺陷。
(5)清理干净焊接接头表面，进行第二次高温回火处理，处理工艺同步骤(3)，完成后即得。
第三实施例
一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺，该管道壁厚δ＝115mm，直径d＝530mm。具体地，所述焊后热处理工艺包括步骤：
(1)焊接完成立即对焊缝进行焊后低温保护：采用柔性陶瓷电阻加热器环绕焊缝一圈，在焊缝处设置测控温热电偶，将焊缝加热至115℃～120℃之间，然后用保温棉将焊缝包裹在其中进行低温保护，时间1.8小时。
(2)步骤(1)的低温保护后，拆除保温棉、柔性陶瓷电阻加热器、测控温热电偶，然后在焊缝处布置中频感应加热装置，其中感应线圈与焊缝之间的间隙为80mm，完成后准备进入第一次高温回火工序。
(3)开始第一次高温回火处理：中频感应加热装置的加热宽度以焊缝为中心每侧不少于5倍壁厚δ，升温速度不大于60℃/h，将焊缝处加热至740℃～760℃之间，然后用44mm厚度的保温棉将焊缝包裹在其中进行保温，保温时间按照3min/mm(焊缝周长)计算，保温宽度每侧不少于7倍壁厚δ。
(4)第一次高温回火热处理完毕后，进行无损探伤检测，确认焊缝无缺陷。
(5)清理干净焊接接头表面，进行第二次高温回火处理，处理工艺同步骤(3)，完成后即得。
第一对比例
一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺，该管道壁厚δ＝115mm，直径d＝530mm。具体地，所述焊后热处理工艺包括步骤：
(1)焊接完成立即对焊缝进行焊后低温保护：采用柔性陶瓷电阻加热器环绕焊缝一圈，在焊缝处设置测控温热电偶，将焊缝加热至105℃～110℃之间，然后用保温棉将焊缝包裹在其中进行低温保护，时间2小时。
(2)步骤(1)的低温保护后，拆除保温棉、柔性陶瓷电阻加热器、测控温热电偶，然后在焊缝处布置中频感应加热装置，其中感应线圈与焊缝之间的间隙为40mm，完成后准备进入第一次高温回火工序。
(3)开始第一次高温回火处理：中频感应加热装置的加热宽度以焊缝为中心每侧不少于5倍壁厚δ，升温速度不大于60℃/h，将焊缝处加热至740℃～760℃之间，然后用40mm厚度的保温棉将焊缝包裹在其中进行保温，保温时间按照3min/mm(焊缝周长)计算，保温宽度每侧不少于7倍壁厚δ。
(4)第一次高温回火热处理完毕后，进行无损探伤检测，确认焊缝无缺陷，即得。
第二对比例
一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺，该管道壁厚δ＝115mm，直径d＝530mm。具体地，所述焊后热处理工艺包括步骤：
(1)焊接完成立即对焊缝进行焊后低温保护：采用柔性陶瓷电阻加热器环绕焊缝一圈，在焊缝处设置测控温热电偶，将焊缝加热至100℃～110℃之间，然后用保温棉将焊缝包裹在其中进行低温保护，时间2.1小时。
(2)步骤(1)的低温保护后，拆除保温棉、柔性陶瓷电阻加热器、测控温热电偶，然后在焊缝处布置中频感应加热装置，其中感应线圈与焊缝之间的间隙为10mm，完成后准备进入第一次高温回火工序。
(3)开始第一次高温回火处理：中频感应加热装置的加热宽度以焊缝为中心每侧不少于5倍壁厚δ，升温速度不大于60℃/h，将焊缝处加热至740℃～760℃之间，然后用40mm厚度的保温棉将焊缝包裹在其中进行保温，保温时间按照3min/mm(焊缝周长)计算，保温宽度每侧不少于7倍壁厚δ。
(4)第一次高温回火热处理完毕后，进行无损探伤检测，确认焊缝无缺陷，即得。
第三对比例
一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺，该管道壁厚δ＝115mm，直径d＝530mm。具体地，所述焊后热处理工艺包括步骤：
(1)焊接完成立即对焊缝进行焊后低温保护：采用柔性陶瓷电阻加热器环绕焊缝一圈，在焊缝处设置测控温热电偶，将焊缝加热至115℃～120℃之间，然后用保温棉将焊缝包裹在其中进行低温保护，时间1.8小时。
(2)步骤(1)的低温保护后，拆除保温棉、柔性陶瓷电阻加热器、测控温热电偶，然后在焊缝处布置中频感应加热装置，其中感应线圈与焊缝之间的间隙为80mm，完成后准备进入第一次高温回火工序。
(3)开始第一次高温回火处理：中频感应加热装置的加热宽度以焊缝为中心每侧不少于5倍壁厚δ，升温速度不大于60℃/h，将焊缝处加热至740℃～760℃之间，然后用44mm厚度的保温棉将焊缝包裹在其中进行保温，保温时间按照3min/mm(焊缝周长)计算，保温宽度每侧不少于7倍壁厚δ。
(4)第一次高温回火热处理完毕后，进行无损探伤检测，确认焊缝无缺陷，即得。
对上述实施例和对比例制备的焊缝进行取样，并制成标准试样进行冲击韧性试验，结果显示，第一实施例相对于第一对比例提高了74.7％，第二实施例相对于第二对比例提高了82.6％，第三实施例相对于第三对比例提高了78.1％。可以看出，经过本发明的焊后热处理工艺能够明显提高焊接接头的韧性，其他各项性能也满足T/CISA 003—2017标准要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种马氏体耐热钢G115大径厚壁管道焊后热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)焊接完成立即进行焊后低温保护：将焊接接头加热至100℃～120℃，然后用保温部件将接头焊缝包覆在其中进行低温保温；
(2)所述低温保温完成后，立即对焊缝进行第一次高温回火，加热宽度以焊缝为中心每侧不少于5倍壁厚，回火温度为740℃～760℃，保温时间为2.5-3.3min/mm，保温完成后降温，即完成第一次高温回火；
(3)对焊缝处进行无损探伤检测，确认焊缝无缺陷；
(4)清理干净焊接接头表面，进行第二次高温回火，其工艺同所述步骤(2)。
2.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述保温部件为保温棉。
3.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述加热采用柔性陶瓷电阻加热器进行，低温保温时间为1.8～2.1小时。
4.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述第一次高温回火采用中频感应加热装置加热至740℃～760℃，升温速度不大于60℃/h。
5.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，所述中频感应加热装置的感应线圈与管道间隙为10mm～80mm控制范围内。
6.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述保温采用的方式为用保温棉将接头焊缝包覆在其中。
7.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述保温棉厚度不小于40mm，保温宽度为焊缝中心每侧不少于7倍壁厚。
8.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述降温速度不大于60℃/h。
9.根据权利要求1-8任一项所述的焊后热处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，低温保温完成后如果无法立即进行第一次回火处理，则在后续需要进行第一次回火处理时，需进行后热工艺。
10.根据权利要求9所述的焊后热处理工艺，其特征在于，所述后热工艺的加热温度为300℃～400℃，保温时间为2h。
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