Abstract Modified 9Cr–1Mo ferritic/martensitic (T91) steel tubes have been welded with gas tungsten arc welding (GTAW) and shielded metal arc welding (SMAW) processes. The welded tubes have been post-weld heat-treated (PWHT) at selected temperatures (i.e., at 720 °C, 760 °C and 775 °C for different times) below their Ac1 critical temperature (∼791 ± 5 °C). The PWHT microstructures, mechanical properties and fracture behavior of welded samples have been investigated. The results suggest that the PWHT temperatures closer to Ac1 critical temperature (i.e., 760 °C and 775 °C) has a strong influence on the properties of the T91 welds. They have shown uniform hardness and enhanced tensile strength and percent elongation as against as-welded and 720 °C – 120 min PWHT condition. Further investigation suggests that the strength and percent elongation for 775 °C – 30 min condition were highest among all the PWHT conditions examined. The observed variation in mechanical properties has been related with the finer microstructural features (mainly grain size and precipitate size). This work further confirms that for PWHT temperatures closer to Ac1, as the holding time increases the failure shifts from base metal (BM) to weld metal (WM) region, predominantly due to de-cohesion at the Mn, Cr, Mo rich coarse precipitate/matrix interface. From this study, a novel PWHT condition at 775 °C – 30 min is being proposed for optimum microstructure and mechanical properties for the T91 steel tube welds.

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弧焊T91钢管焊后热处理条件优化

摘要 改性 9Cr-1Mo 铁素体/马氏体 (T91) 钢管采用钨极气体保护焊 (GTAW) 和保护金属电弧焊 (SMAW) 工艺进行焊接。焊接管已在低于其 Ac1 临界温度 (~791 ± 5 °C) 的选定温度下（即在 720 °C、760 °C 和 775 °C 下进行不同时间）进行焊后热处理 (PWHT)。对焊接试样的焊后热处理显微组织、力学性能和断裂行为进行了研究。结果表明，接近 Ac1 临界温度（即 760 °C 和 775 °C）的焊后热处理温度对 T91 焊缝的性能有很大影响。与焊态和 720 °C – 120 分钟 PWHT 条件相比，它们显示出均匀的硬度和更高的拉伸强度和百分比伸长率。进一步的调查表明，在所有检查的 PWHT 条件中，775 °C – 30 分钟条件下的强度和伸长率百分比最高。观察到的机械性能变化与更精细的微观结构特征（主要是晶粒尺寸和沉淀尺寸）有关。这项工作进一步证实，对于接近 Ac1 的 PWHT 温度，随着保温时间的增加，失效从母材 (BM) 转移到焊缝金属 (WM) 区域，主要是由于富含 Mn、Cr、Mo 的粗析出物的脱聚/矩阵界面。根据这项研究，提出了一种在 775 °C – 30 分钟的新型焊后热处理条件，以优化 T91 钢管焊缝的显微组织和机械性能。观察到的机械性能变化与更精细的微观结构特征（主要是晶粒尺寸和沉淀尺寸）有关。这项工作进一步证实，对于接近 Ac1 的 PWHT 温度，随着保温时间的增加，失效从母材 (BM) 转移到焊缝金属 (WM) 区域，主要是由于富含 Mn、Cr、Mo 的粗析出物的脱聚/矩阵界面。根据这项研究，提出了一种在 775 °C – 30 分钟的新型焊后热处理条件，以优化 T91 钢管焊缝的显微组织和机械性能。观察到的机械性能变化与更精细的微观结构特征（主要是晶粒尺寸和沉淀尺寸）有关。这项工作进一步证实，对于接近 Ac1 的 PWHT 温度，随着保温时间的增加，失效从母材 (BM) 转移到焊缝金属 (WM) 区域，主要是由于富含 Mn、Cr、Mo 的粗析出物的脱聚/矩阵界面。根据这项研究，提出了一种在 775 °C – 30 分钟的新型焊后热处理条件，以优化 T91 钢管焊缝的显微组织和机械性能。Cr、Mo 富集粗析出物/基体界面。根据这项研究，提出了一种在 775 °C – 30 分钟的新型焊后热处理条件，以优化 T91 钢管焊缝的显微组织和机械性能。Cr、Mo 富集粗析出物/基体界面。根据这项研究，提出了一种在 775 °C – 30 分钟的新型焊后热处理条件，以优化 T91 钢管焊缝的显微组织和机械性能。