電力是我國國民經濟發(fā)展的基礎產業(yè)之一。改革開放的20年是中國電力發(fā)展Zui快、成就Zui大的時期。到2000年底我國全年發(fā)電總量達13500億千瓦時，全國電力裝機容量達到3.16億千瓦，全國發(fā)電裝機容量和全年發(fā)電量均居二位。

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，大容量的高溫高壓機組、不斷涌現，逐步淘汰了中溫中壓機組。到2000年底全國擁有1000 mw及以上裝機容量的火電廠66座，全國現有火電大機組容量為200～210 mw的192臺、250～300mw的180臺、320～362.5 mw的56臺、500～660 mw的30臺，800 mw的2臺，大機組已成為中國火力發(fā)電的主力機組。為了進一步提高機組效率、降低煤耗、保護環(huán)境、減少co2的排放還有必要提高蒸汽參數。提高鍋爐蒸汽溫度和壓力參數是提高火力發(fā)電廠效率Zui有效的方法之一，特別是溫度對效率的影響更為顯著。

增大蒸汽壓力要求使用高溫強度更高的鋼材，否則必然使構件的壁厚成倍地增大。增加蒸汽溫度則必然要求鋼材能在更高的溫度下保持高的強度?？梢婋娏夹g的發(fā)展在很大程度上依賴于材料技術的發(fā)展水平。順應這一要求，自20世紀的80年代以來，美、德、法、日等國開發(fā)出一系列適用于蒸汽參數達600℃/610℃、25 mpa的鐵素體熱強鋼和蒸汽溫度達625℃的奧氏體耐熱不銹鋼(t91/p91，t92/p92，t122/p122，super304h，t23/p23)。這些鋼是在現代的冶煉、軋制、熱處理和計算機控制技術基礎上產生的，它們將是我國今后新建大容量亞臨界機組和超臨界機組時的材料。因此研究和掌握這些材料的焊接工藝，研究并充分認識這些材料焊接接頭在高溫下的行為，是當前我國電站焊接工作者面臨的任務。

     電站用鋼的開發(fā)需要很長的周期，建國以來我國電站高溫高壓管用鋼材大多沿用國外成熟鋼種， 國內外實踐證明12cr1mov、2.25cr-mo、tp304、tp347等鋼工藝性能良好、運行可靠。但為了提高蒸汽溫度和壓力，20世紀60年代以后各國（也包括我國）紛紛致力于開發(fā)使用溫度高于580℃低于650℃的鋼種，其成果雖然已有不少應用，但都有些缺憾。1983年美國ornl在花了8年時間對9cr1mo鋼進行了改進后，推出的t91/p91鋼具有優(yōu)良的常溫和610℃以下高溫力學性能的同時，還具有良好的加工工藝性能。

    可以說t91/p91鋼的開發(fā)成功是電站用鋼領域內近30年努力的突破。我國于1987年開始引進使用這種鋼，10多年來已有一些單位基本掌握了t91/p91鋼的焊接工藝，同時也開展了t91與鋼102、12cr1mov、tp304鋼異種鋼焊接的研究工作。用t91更換鋼102制成的過熱器和高溫再熱器運行的可靠度明顯提高。用p91制成的蒸汽管其管壁厚度可成倍地減小，表1比較了在同樣蒸汽參數下分別使用2.25crmo鋼和p91鋼時鋼管的壁厚。壁厚的減小降低了構件的重量，減小了結構應力和熱應力，也減小了制造成本和施工難度。

表1      2.25cr-mo、p91鋼經濟性比較

     隨著t91/p91鋼在世界范圍內日益推廣應用，沿著美國ornl開發(fā)t91/p91鋼的思路在原來鋼102、2.25cr-mo、x20、tp304等鋼的基礎上又相繼開發(fā)出了t122/p122(hcm12a),t92/p92(nf616) 和t91/p91一系列鋼種。使用p122、p92和p23鋼的經濟效益見表2。這些鋼相對于2.25cr-mo和x20的明顯優(yōu)勢是顯然的。它們已在日本的一些電廠使用，我國也會在不久的將來陸續(xù)引進使用。

表2     大口徑鋼管的經濟性比較

t91/p91、t92/p92、p23/t23、t122/p122都是屬調質狀態(tài)下使用的回火馬氏體鋼，又都是在相同的思路下研制開發(fā)的，它們具有相似的基本特點。如果分別對應地比較t91/p91和t9、em12；t23和鋼102、2.25cr-mo以及p122和x20。可以得出t91/p91、t92/p92、p23/t23、t122/p122這些新鋼種與其原來牌號的老鋼種在成分上的差別僅在于：①c、s、p含量的減少；②nb、v、n等元素作為微合金化而微量添加，但它們的強化機理和老鋼種有原則的不同。而t91/p91等新鋼種除了固溶和沉淀強化外，還通過微合金化、控軋、形變熱處理及控冷獲得高密度位錯和高度細化的晶粒，為鋼的進一步強化和顯著的韌化作出了貢獻。新鋼種由于降低了碳和雜質元素的含量，對焊接裂紋的敏感性都明顯降低，對p122鋼的斜y形拘束裂紋試驗表明，200℃預熱即可保證裂紋率為零。而相同cr含量的x20鋼的裂紋傾向要大的多。更由于采用這類鋼后，可成倍減小構件壁厚，焊接獲得完整無裂紋的接頭的難度比鋼102、t9、x20等也大為降低。盡管如此，接頭性能的明顯劣化卻是焊接這類鋼的主要困難。由這類鋼的基本特點可以設想：①焊縫由于熔敷金屬沒有控軋和形變熱處理的機會，晶粒不可能由此獲得細化，又由于熔敷金屬中的nb、v在凝固冷卻過程中難以呈微細的c、n化合物析出，焊縫的韌性會遠不如母材。②供貨狀態(tài)優(yōu)良的母材性能受到焊接的高溫循環(huán)，母材haz性能必會明顯劣化。③這種劣化的程度隨焊接熱輸入的增大而加劇。對t91/p91鋼焊接的實踐已經證明了這些設想。

2.1 焊縫金屬韌性的劣化