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我国超超临界机组新型耐热钢的焊接

   2008-06-27 锅炉信息网锅炉信息网1310
核心提示: 锅炉机组参数的提高依赖于新型钢材的出现。世界各国在六十年代有过提高机组参数的尝试,后因为钢材问题又都陆续将参数退回
锅炉机组参数的提高依赖于新型钢材的出现。世界各国在六十年代有过提高机组参数的尝试,后因为钢材问题又都陆续将参数退回到了540℃左右这一典型参数。直到九十年代,以T/P91钢为标志的新型耐热钢的出现,机组参数的提高才成为可能。这些新型耐热钢的出现,是焊接工作者的新课题。 我国电站中应用新型9Cr-1MoVNb钢(P91)在九十年代中期,经过十余年的摸索,对该钢材的焊接有了较深刻的了解,据此也认识到新型耐热钢的一些焊接特点,为我国锅炉机组参数的提高积累了一些经验。2006年投产的华能浙江玉环发电厂单机容量1000MW超超临界火力发电机组中,除去T/P91钢外,还使用了P92钢、Super304H钢、HR3C钢等,其中,Super304H钢和HR3C钢属于奥氏体耐热钢,其焊接只局限在锅炉制造厂,锅炉安装现场焊接工作中焊接T/P91钢和P92钢都属于铁素体耐热钢,是目前电力行业焊接工艺进步和取得突破的重点,以下简单介绍它们的焊接。 1、T/P91钢的焊接 T/P91钢是ASME标准SA213-T91/SA335-P91钢的简称,是八十年代美国的树岭试验室开发的新型耐热钢,称为9Cr-1MoVNb钢。9Cr-1MoVNb钢的焊接经我国电力行业多年的研究与应用,其性能与焊接特点有以下几点: (1)对焊接热输入极为敏感。 9Cr-1MoVNb钢的焊接过程的热输入包括两方面,即预热和层间温度、焊接热输入量。①预热和层间温度,理论上应保证在300℃以下,实际焊接中控制得更低些为好。有资料证明,预热和层间温度对焊接接头的室温冲击韧性关系密切,当保持在350~380℃时,室温冲击值在28~50J之间;而保持在250℃左右时,室温冲击值可以达到60~100J(标准值为41J)。②焊接热输入量(旧称焊接线能量),应该控制在25J/cm以下,当焊接热输入量大于此值或更高时,室温冲击值将不会达到41J的标准。 (2)对焊接热处理敏感。 9Cr-1MoVNb钢的合金元素含量较高,需要进行焊后热处理,标准规定热处理温度为760℃±10℃。由于9Cr-1MoVNb钢是多元素强化,该钢理论AC1温度在800~830℃之间,其下限距标准规定热处理温度上限比较接近,热处理过程的允许偏差就有可能超过钢材的AC1温度。与此同时,在9Cr-1MoVNb钢焊接接头的热处理工作中,还有焊接材料的AC1温度问题同样影响接头性能,现有的焊接材料为了获得较好的工艺性能和较好的接头塑韧性,都在材料中加入镍,镍元素是扩大奥氏体区元素,会降低焊缝的AC1温度,使热处理更具危险。实践证明,当焊后热处理温度超过AC1温度时,室温冲击韧性急剧下降,冲击值甚至有不到10J的情况。 (3)不同焊接材料获得的结果悬殊。电力行业应用9Cr-1MoVNb钢已经多年,前期使用的焊接材料几乎都靠进口,主要有英国的曼彻特、德国的蒂森、日本的神钢、法国的萨福、瑞士的奥林康和奥地利的伯乐等,近年来,国家电力建设研究生产的“科建牌”也在应用,上海电力修造总厂也生产出9Cr-1MoVNb钢使用的焊接材料。经验证明,这些焊接材料的性能悬殊很大,特别是AC1温度差别很大,这就要求焊接工作者一定要关注这一点,特别是选定焊接材料后,一定要研究厂家的说明书,否则,焊接接头发生问题的责任将要自己承担。如某进口焊接材料热处理温度在 760℃时,恒温4小时;750℃时,恒温8小时,这一参数与DL/T869-2004 火力发电厂焊接技术规程推荐的参数相差很多。 (4)改变了焊接观念。 在焊接常规耐热钢时,预热和层间温度和焊接热输入量是重要参数,但对材料冲击韧性的影响,远不如新型耐热钢这样大。这种情况的出现,使焊接工艺的概念有了根本性的变化。过去谈到焊接工艺,往往指焊接操作工艺,今天的新型耐热钢焊接工艺,往往与操作工艺无关,而主要指对焊接参数和工艺要求。与此同时,焊接检验的观念也带来变化,即:经过焊接检验合格的焊接接头,其性能不见得是合格的。也就是说,当焊接或焊后热处理参数出现问题时,导致的焊接接头室温冲击韧性不合格是不能被现有的焊接检验手段在现场检测出来的。所以,新型耐热钢的焊接过程在现代质量管理中被称为“需要确认的过程”,这种过程的实现必须进行焊接质量影响因素的预先鉴定和确认,包括人、机、料、法、环诸方面,这种“预先”也就是指焊接质量控制的时机必须提前,必须实施全过程控制。 9Cr-1MoVNb钢的焊接在电力行业有较为完整的依据和标准,即:二○○二年十月国家电力公司电源建设部颁发的《T91/P91钢焊接工艺导则》和DL/T869-2004火力发电厂焊接技术规程。 2、P92钢的焊接 继T/P91钢以后,日本于九十年代开始对T/P91钢实施改进,以期进一步提高蠕变断裂强度和使用温度,1996年至1998年开发出了9Cr-0.5Mo-2W为主要成分的NF616钢,后纳入ASTM和ASME标准。在ASTM中,NF616钢的编号为ASMESA213T92、ASMESA335P92,在欧洲的编号为X10CrMoWVNb9-2,在日本的编号为STBA29和STPA-29。 与T/P91钢相比,它们的抗腐蚀性和抗氧化性相同,但是具有更高的高温强度和蠕变性能。与TP347H相比,价格低廉,且热膨胀系数小、导热率高和抗疲劳性能强,可加工性和可焊性好。 自P92钢纳入ASME并进入火力发电设备领域以来,世界范围内应用并不是很广,欧洲九十年代只在丹麦和德国的5个发电厂有应用,而日本则只在三个发电厂应用。国内第一台采用P92钢的火力发电机组是浙江玉环发电厂,自此拉开我国应用P92钢的序幕。截至今天,我国超超临界火力发电机组的锅炉联箱和蒸汽管道几乎都使用了P92钢,国内的火电建设单位也有十几家完成了焊接工艺评定。 由于合金元素含量近似,T/P92钢的焊接特点、要求与T/P91钢近似,但从目前进行的焊接工艺评定过程发现,T/P92钢的焊接工艺裕度比T/P91钢要小,对焊接参数的要求比T/P91钢还要严格,也更要注意焊接和焊后热处理参数的严格控制及焊接材料厂家的选定。
 
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