电力是我国国民经济发展的基础产业之一。改革开放的20年是中国电力发展最快、成就最大的时期。到2000年底我国全年发电总量达13500亿千瓦时，全国电力装机容量达到3.16亿千瓦，全国发电装机容量和全年发电量均居世界第二位。
随着电力工业的迅速发展，大容量的高温高压机组、不断涌现，逐步淘汰了中温中压机组。到2000年底全国拥有1000 mw及以上装机容量的火电厂66座，全国现有火电大机组容量为200～210 mw的192台、250～300mw的180台、320～362.5 mw的56台、500～660 mw的30台，800 mw的2台，大机组已成为中国火力发电的主力机组。为了进一步提高机组效率、降低煤耗、保护环境、减少co2的排放还有必要提高蒸汽参数。提高锅炉蒸汽温度和压力参数是提高火力发电厂效率最有效的方法之一，特别是温度对效率的影响更为显著。
增大蒸汽压力要求使用高温强度更高的钢材，否则必然使构件的壁厚成倍地增大。增加蒸汽温度则必然要求钢材能在更高的温度下保持高的强度。可见电力技术的发展在很大程度上依赖于材料技术的发展水平。顺应这一要求，自20世纪的80年代以来，美、德、法、日等国开发出一系列适用于蒸汽参数达600℃/610℃、25 mpa的铁素体热强钢和蒸汽温度达625℃的奥氏体耐热不锈钢(t91/p91，t92/p92，t122/p122，super304h，t23/p23)。这些钢是在现代的冶炼、轧制、热处理和计算机控制技术基础上产生的，它们将是我国今后新建大容量亚临界机组和超临界机组时首选的材料。因此研究和掌握这些材料的焊接工艺，研究并充分认识这些材料焊接接头在高温下的行为，是当前我国电站焊接工作者面临的任务。
1 我国火电站用钢的现状及展望
电站用钢的开发需要很长的周期，建国以来我国电站高温高压管用钢材大多沿用国外成熟钢种， 国内外实践证明12cr1mov、2.25cr-mo、tp304、tp347等钢工艺性能良好、运行可靠。但为了提高蒸汽温度和压力，20世纪60年代以后各国（也包括我国）纷纷致力于开发使用温度高于580℃低于650℃的钢种，其成果虽然已有不少应用，但都有些缺憾。1983年美国ornl在花了8年时间对9cr1mo钢进行了改进后，推出的t91/p91钢具有优良的常温和610℃以下高温力学性能的同时，还具有良好的加工工艺性能。
可以说t91/p91钢的开发成功是电站用钢领域内近30年努力的突破。我国于1987年开始引进使用这种钢，10多年来已有一些单位基本掌握了t91/p91钢的焊接工艺，同时也开展了t91与钢102、12cr1mov、tp304钢异种钢焊接的研究工作。用t91更换钢102制成的过热器和高温再热器运行的可靠度明显提高。用p91制成的蒸汽管其管壁厚度可成倍地减小，表1比较了在同样蒸汽参数下分别使用2.25crmo钢和p91钢时钢管的壁厚。壁厚的减小降低了构件的重量，减小了结构应力和热应力，也减小了制造成本和施工难度。
表1 2.25cr-mo、p91钢经济性比较
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钢 种
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asme550℃下的许用应力/mpa
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钢管尺寸/mm
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重量
/ kg.m-1
|
重量比率(%)
|
价格比率
(%)
|
成本比率
(%)
|
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2.25cr-mo
|
48
|
270×83.7
|
730
|
100
|
100
|
100
|
|
p91
|
94
|
270×37.1
|
281
|
38
|
190
|
72
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随着t91/p91钢在世界范围内日益推广应用，沿着美国ornl开发t91/p91钢的思路在原来钢102、2.25cr-mo、x20、tp304等钢的基础上又相继开发出了t122/p122(hcm12a),t92/p92(nf616) 和t91/p91一系列钢种。使用p122、p92和p23钢的经济效益见表2。这些钢相对于2.25cr-mo和x20的明显优势是显然的。它们已在日本的一些电厂使用，我国也会在不久的将来陆续引进使用。
表2 大口径钢管的经济性比较
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钢种
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asme550℃下的许用应力/ mpa
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钢管尺寸
/ mm
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重量/kg.m-1
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重量比率（%）
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价格比率（%）
|
成本比率（%）
|
|
2.25cr-mo
|
48
|
270×83.7
|
730
|
100
|
100
|
100
|
|
p23
|
89
|
270×39.4
|
301
|
41
|
167
|
68
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p92
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104
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270×33.1
|
247
|
34
|
500
|
170
|
|
x20
|
85
|
270×41.5
|
319
|
44
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307
|
135
|
|
p122
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108
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270×31.8
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237
|
32
|
333
|
107
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2 火电站用新型热强钢的基本特点及其焊接性
t91/p91、t92/p92、p23/t23、t122/p122都是属调质状态下使用的回火马氏体钢，又都是在相同的思路下研制开发的，它们具有相似的基本特点。如果分别对应地比较t91/p91和t9、em12；t23和钢102、2.25cr-mo以及p122和x20。可以得出t91/p91、t92/p92、p23/t23、t122/p122这些新钢种与其原来牌号的老钢种在成分上的差别仅在于：①c、s、p含量的减少；②nb、v、n等元素作为微合金化而微量添加，但它们的强化机理和老钢种有原则的不同。而t91/p91等新钢种除了固溶和沉淀强化外，还通过微合金化、控轧、形变热处理及控冷获得高密度位错和高度细化的晶粒，为钢的进一步强化和显著的韧化作出了贡献。新钢种由于降低了碳和杂质元素的含量，对焊接裂纹的敏感性都明显降低，对p122钢的斜y形拘束裂纹试验表明，200℃预热即可保证裂纹率为零。而相同cr含量的x20钢的裂纹倾向要大的多。更由于采用这类钢后，可成倍减小构件壁厚，焊接获得完整无裂纹的接头的难度比钢102、t9、x20等也大为降低。尽管如此，接头性能的明显劣化却是焊接这类钢的主要困难。由这类钢的基本特点可以设想：①焊缝由于熔敷金属没有控轧和形变热处理的机会，晶粒不可能由此获得细化，又由于熔敷金属中的nb、v在凝固冷却过程中难以呈微细的c、n化合物析出，焊缝的韧性会远不如母材。②供货状态优良的母材性能受到焊接的高温循环，母材haz性能必会明显劣化。③这种劣化的程度随焊接热输入的增大而加剧。对t91/p91钢焊接的实践已经证明了这些设想。
2.1 焊缝金属韧性的劣化