分析了超臨界截止閥特殊材料閥體F91 鋼的性能，介紹了通過采用特殊的閥體密封面堆焊工藝，減少了堆焊裂紋，提高了產(chǎn)品成品率和工作效率。

1、概述

　　在開發(fā)高參數(shù)，大容量和高效節(jié)能環(huán)保機(jī)組中，超臨界截止閥用于高壓疏水、對(duì)空排氣和定期排污系統(tǒng)。為了解決超臨界高溫、高壓、溫差大及壓差大工況下，閥門使用周期短、易泄漏，導(dǎo)致能源損耗的現(xiàn)象，選用優(yōu)質(zhì)的高溫耐熱鋼F91 為閥體材料，并在F91 的閥體上堆焊硬質(zhì)合金閥座密封面，以提高閥門的整體性能和使用壽命。本文探討了在F91 閥體上堆焊閥座密封面工藝措施。

2、F91 鋼的性能

　　電站閥門常用材料為12Cr1MoV 鋼，其使用溫度為550℃，工作壓力17MPa。在超臨界電站機(jī)組中，要求截止閥(圖1) 的使用溫度為600℃，工作壓力為21MPa，因此閥體材料選用F91 鋼。F91 鋼(Cr9Mo1V) 屬于馬氏體型耐熱鋼(表1，表2) ，鋼中主要元素有V、Cr 和Mo 等。V 在鋼中能提高鋼的室溫、中溫強(qiáng)度和熱強(qiáng)性，增加鋼在高溫下的組織穩(wěn)定性，改善低碳合金鋼的焊接性能。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為Cr在鋼中能提高鋼的抗氧化性、抗腐蝕性及高溫強(qiáng)度。

　　Mo在鋼中主要是提高強(qiáng)度并抑制鉻鋼的熱脆性傾向。F91鋼中Cr和Mo元素含量分別達(dá)到9.50%和1.05%，使其具有較大的空淬性。Cr、Mo、Mn和Ni等元素都可以顯著地提高鋼的淬硬性，在焊接過程中易產(chǎn)生裂紋。F91鋼在不預(yù)熱工況下焊接，其裂紋達(dá)100%，可焊性較差。

圖1 截止閥

表1 化學(xué)成份

表2 力學(xué)性能

3、焊接方法

　　在F91 閥體上堆焊的閥座密封面共分3 層。第1 層(底層) 堆焊P91，第2 層(中間層) 堆焊A302，第3 層(頂層) 堆焊D802。

　　3.1、底層堆焊

　　底層堆焊P91時(shí)，由于F91 閥體可焊性較差，焊接時(shí)采用嚴(yán)格的焊前預(yù)熱、焊后熱處理等工藝措施，保證焊接質(zhì)量。將整個(gè)閥體放入箱式爐里加熱，當(dāng)溫度加熱至400 ～450℃ 時(shí)，保溫2 h。將直徑￠4mm 的P91 焊條在150 ～200℃ 溫度下烘培，保溫1.5 h。選用焊接電流220 A，焊接電壓25 V，控制焊接最高層間溫度≤300 ℃，焊層高度1 mm，堆焊密封面底層。

　　3.2、中間層堆焊

　　中間層堆焊的A302 奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、抗高溫氧化性能和高溫?zé)釓?qiáng)性能。A302 容易焊接，不因溫度變化發(fā)生相變，對(duì)氫脆不敏感，在焊態(tài)下有較好的塑性和韌性。但是，A302易產(chǎn)生焊接熱裂紋、脆化、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和表面氧化等缺陷，因其導(dǎo)熱性能差，線膨脹系數(shù)大，所以焊接應(yīng)力和焊接變形較大。為了避免焊縫枝晶粗大，以致增大偏折，應(yīng)盡量采用小的熱輸入量，不預(yù)熱、降低層間溫度，不回火等。密封面底層堆焊完成的閥體冷卻后，將直徑￠4mm 的A302 焊條在150 ～200℃溫度下烘培，保溫2 h。選用焊接電流200 ～ 210A，焊接電壓22V，控制層間最高溫度保持在200℃ 以下，分兩層堆焊A302，每層的高度為1 mm。車平堆焊層，保證中間層厚1mm，探傷檢查密封面有無裂紋、氣孔和夾渣等缺陷。

　　3.3、頂層堆焊

　　頂層堆焊的D802 韌性好，能承受在冷熱條件下的沖擊，產(chǎn)生裂縫的可能性小，用硬質(zhì)合金刀具容易切削加工，金相組織為奧氏體和共晶體。D802分兩層堆焊，厚度5 ～6mm，層間最高溫度保持在300℃以下。堆焊D802 時(shí)，將探傷檢查確認(rèn)合格的工件放到爐箱中預(yù)熱，加熱溫度在500 ～550℃，保溫2 h。將直徑￠5mm 的D802 焊條在200 ～250℃溫度下烘培，保溫1.5h。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為選用焊接電流240 ～280A，焊接電壓25 ～30V，堆焊閥座密封面頂層。焊后回火，720℃下保溫3 h。

4、結(jié)語

　　采用先預(yù)熱閥體堆焊P91，然后冷焊A302，最后預(yù)熱焊D802 硬質(zhì)合金的方法，分3 次堆焊3 種不同材料形成閥體密封面，即解決了閥體F91材料焊接難的問題，又達(dá)到了提高閥體密封面使用壽命的目的。閥瓣密封面堆焊時(shí)，先將閥瓣預(yù)熱，預(yù)熱后直接堆焊D802，焊后進(jìn)行回火處理。經(jīng)過對(duì)焊后閥體進(jìn)行探傷檢測(cè)，產(chǎn)品合格率達(dá)100%，新工藝為新材料的密封面堆焊提供了保證。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 溫秉權(quán). 金屬材料手冊(cè)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社，2009.

　　[2] GB/T 9443 - 2007，鑄鋼件滲透檢測(cè)[S].

　　[3] 高清寶，王德權(quán)，蘇志東，等. 閥門堆焊技術(shù)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

　　[4] 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì). 熱處理手冊(cè)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2008.