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收稿日期：2025-05-02，
纸质出版日期：2025-06-20
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系统研究了世界首台630℃超超临界火电机组高温管道用新型马氏体耐热钢G115（08Cr9W3Co3VNbCuBN）的焊接性、配套焊接材料开发及焊接工艺。研究表明，G115钢焊接存在显著热裂纹倾向，一定冷裂纹倾向（预热≥150 ℃可有效抑制）及时效脆化倾向（长期高温服役冲击韧性下降）；同时，其含B成分设计可能降低热影响区Ⅳ型蠕变开裂风险。国内自主研发的G115专用焊条、埋弧焊材及氩弧焊丝熔敷金属高温持久强度优异，外推10万小时强度可达母材80%以上，力学性能匹配良好。对比焊条电弧焊（SMAW）、埋弧焊（SAW）、振动送丝氩弧焊（TIPTIG）、全自动氩弧焊（AUTOTIG）四种工艺发现：TIPTIG与AUTOTIG接头的热影响区宽度显著减小（1.7~2.5 mm），冲击吸收能量达100 J以上；SMAW与SAW接头冲击韧性为41~50 J，均满足技术要求（≥41 J）；窄间隙氩弧焊工艺因窄化高温薄弱区，更利于提升接头持久寿命。基于上述成果，研究团队牵头编制了CSTM团体标准，规范了焊接材料验收、接头性能指标、工艺参数及质量检验方法，为G115钢在电力工程的应用提供了技术支撑。
A systematic study was conducted on the weldability
development of matching welding materials
and welding processes for the new-generation martensitic heat-resistant steel G115 (08Cr9W3Co3VNbCuBN)
used in high-temperature pipelines of the world's first 630 ℃ ultra-supercritical thermal power unit. The research indicates that G115 steel welding exhibits a significant tendency toward hot cracking
a certain susceptibility to cold cracking (effectively mitigated by preheating ≥150 ℃)
and a propensity for aging embrittlement (manifested as reduced impact toughness during long-term high-temperature service). Concurrently
its boron (B)-containing composition design potentially lowers the risk of Type IV creep cracking in the heat-affected zone (HAZ). Domestically developed dedicated welding materials for G115
including electrodes
submerged arc welding consumables
and argon arc welding wires
demonstrate excellent high-temperature rupture strength in their deposited metal. Extrapolation of data from tests exceeding 10
000 hours indicates that the 100
000-hour rupture strength can reach over 80% of the base metal
with satisfactory matching of mechanical properties. Comparative analysis of four welding processes—shielded metal arc welding (SMAW)
submerged arc welding (SAW)
vibrating wire feeding argon arc welding (TIPTIG)
and automatic argon arc welding (AUTOTIG)—revealed that: TIPTIG and AUTOTIG joints exhibit significantly reduced HAZ widths (1.7-2.5 mm) and achieve impact absorbed energy exceeding 100 J; SMAW and SAW joints exhibit impact toughness ranging from 41-50 J
all meeting the technical requirement (≥41 J); Narrow-gap argon arc welding processes enhance the joint's long-term creep life by narrowing the high-temperature weak zone (HAZ). Based on these findings
the research team spearheaded the development of CSTM group standards. These standards have standardized welding material acceptance criteria
joint performance indicators
key process parameters (e.g.
preheating temperature 200-300 ℃
interpass temperature 150-300 ℃
post-weld heat treatment at 770±10 ℃)
and quality inspection methods
providing crucial technical support for the engineering application of G115 steel in power generation projects.
Liu Z ， Xie X . The Chinese 700 ℃ A-USC development program ［M］. Materials for Ultra-Supercritical and Advanced Ultra-Supercritical Power Plants ， 2017 .
Masuyama F ， Yokoyama T . Fabrication and Properties Evaluation of Tungsten Alloyed Advanced 9-12%Cr Ferritic Steels ［C］// Materials for Advanced Power Engineering ， Liege，France ， 1994 ： 301 - 308 .
陈忠兵 ， 吕一仕 ， 侯志强 ， 等 . P92钢焊条电弧焊焊缝金属热裂纹及其特征 ［J］. 焊接 ， 2013 （ 12 ）： 33 - 39+70 .
CHEN Z B ， LV Y S ， HOU Z Q ， et al . Hot cracking and its characteristics in weld metal of P92 steel by shielded metal arc welding ［J］. Welding & Joining ， 2013 （ 12 ）： 33 - 39+70 .
Kondoet al . Suppressing type IV failure via modification of heat affected zone microstructures using high boron content in 9Cr heat resistant steel welded joints ［J］. Science and Technology of Welding and Joining ， 2006 ， 11 （ 2 ）： 216 - 223 .
杨建平 ， 郭军 ， 乔亚霞 . 超超临界机组用P92钢焊接技术的研究 ［J］. 中国电机工程学报 ， 2007 （ 23 ）： 55 - 60 .
YANG J P ， GUO J ， QIAO Y X . Study on Welding Procedure of P92 Steel Using in Ultra Supercritical Plants ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2007 （ 23 ）： 55 - 60 .
郭新芳 ， 崔凤友 ， 范宏举 ， 等 . 大口径厚壁G115耐热钢管TIG+SMAW工艺及性能分析 ［J］. 电焊机 ， 2022 ， 52 （ 08 ）： 101 - 107 .
GUO X F ， CUI F Y ， FAN H J ， et al . TIG+SMAW Process and Properties Analysis of Large Diameter Thickwalled G115 Heat-Resistant Steel Pipe ［J］. Electric Welding Machine ， 2022 ， 52 （ 08 ）： 101 - 107 .
王登第 ， 毛春生 ， 李平 ， 等 . 新型马氏体耐热钢G115焊接及焊后热处理工艺研究 ［J］. 金属加工（热加工） ， 2024 （ 01 ）： 60 - 64 .
WANG D D ， MAO C S ， LI P ， et al . Research for welding and weld post heat treatment process of new martensitic heat resistant steel G115 ［J］. MW Metal Forming ， 2024 （ 01 ）： 60 - 64 .
佟桁 ， 王峰 ， 张丰收 ， 等 . 大口径厚壁G115耐热钢管焊接工艺及性能分析 ［J/OL］. 热加工工艺 ， 1 - 5 ［ 2025-06-09 ］. https：//doi.org/10.14158/j.cnki.1001-3814.202 12520 https://doi.org/10.14158/j.cnki.1001-3814.20212520 .
TONG H ， WANG F ， ZHANG F S ， et al . Welding process and performance analysis of large-diameter thick walled G115 heat-resistant steel pipe ［J/OL］. Hot Working Technology ， 1 - 5 ［ 2025-06-09 ］. https：//doi.org/10.14158/j.cnki.1001-3814.20212520 https://doi.org/10.14158/j.cnki.1001-3814.20212520 .
张宇清 ， 蒋涛 ， 杨文佳 ， 等 . G115钢窄间隙自动氩弧焊焊接接头的组织与性能研究 ［J］. 金属加工（热加工） ， 2024 （ 10 ）： 29 - 33 .
ZHANG Y Q ， JIANG T ， YANG W J ， et al . Research on microstructure and properties of narrow gap automatic argon arc welding joint of G115 steel ［J］. MW Metal Forming ， 2024 （ 10 ）： 29 - 33 .
马志宝 ， 郭新芳 ， 姜海峰 ， 等 . G115钢TIPTIG焊接接头组织与性能研究 ［J］. 锅炉技术 ， 2024 ， 55 （ 06 ）： 51 - 55 .
MA Z B ， GUO X F ， JIANG H F ， et al . Study on Microstructure and Properties of TIPTIG Welded Joint of G115 Steel ［J］. Boiler Technology ， 2024 ， 55 （ 06 ）： 51 - 55 .
万夫伟 ， 郭新芳 ， 马志宝 ， 等 . G115大壁厚管道GTAW
+TIPTIG焊接工艺 ［J］. 焊接技术 ， 2021 ， 50 （ 12 ）： 71 - 74 .
WAN F W ， GUO X F ， MA Z B ， et al . GTAW+TIP TIG welding process of G115 large wall thickness pipeline ［J］. Welding Technology ， 2021 ， 50 （ 12 ）： 71 - 74 .
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