SUPER304H、HR3C在禹州电厂二期的应用河南许昌龙岗讲解学习

1、SUPER3 0 4H、 HR3C 在禹州电厂二期的应用（ 河 南 许 昌 龙 岗 ）SUPER304H HR3C在禹州电厂二期的应用郭世豪 牛占宾 任庆昌（许昌龙岗发电有限责任公司河南 禹州461690 ）摘要：本文根据相关文献对 HR3C SUPER 304H两种钢种代用镍基焊材的选用及焊接过程中出现的问题及解决方法进行 了详细的论述，通过采取措施保证了焊接质量，为其它超超临界工程中镍基焊材的应用提供了借鉴。关键词：超超临界机组 HR3C SUPER304H焊接1工程概况许昌龙岗发电有限责任公司两台660WM火电机组，机组参数为605E/603C /16.03MPa,其中锅炉为上海锅炉厂1

2、900t/h超超临界压力直流锅炉，该锅炉使用了大量的 新型进口钢种，女口 SUPER 304H、TP310HCbN （以下简称 HR3C）、SA335-P92等，这些 钢种在国内的应用还不是十分成熟，特别是 SUPER 304H、HR3C两种钢材，SUPER 304H 是日本住友金属株式会社和三菱重工开发出来的一种新型的的18-8型奥氏体不锈钢，具有较高的高温许用应力和较强的耐腐蚀性。TP310HCbN （HR3C）是由日本SUMITOMO研制开发的是一种比常规不锈钢材料具有更高高温强度和耐蚀性能的新型不锈钢。本工程中使用HR3C、SUPER 304H钢种的受热面有后屏过热器、末级过热器、末级

3、 再热器，其焊口数量见下表：序号名称SUPER 304H 焊 口数量HR3C焊口数量1后屏过热器1132'2末级过热器7267263末级再热器1-8202焊材选用与这两种钢种成分匹配的焊丝只有日本生产的 YT-304H、YT-HR3C，因目前这两种 焊丝市场上采购周期很长且价格昂贵，为了确保工期及焊接质量，我们通过各种渠道收 集、了解可替代焊丝，招集各相关单位的专家进行探讨，最终确定在ERNiCrCoMo-1和ERNiCr-3两种镍基焊丝之间进行选择。我们了解到哈尔滨锅炉厂从华能营口电厂开始将 ERNiCr-3焊丝用于焊接SUPER 304H应用情况较好，其焊接接头已运行两年多； ER

4、NiCrCoMo-1焊丝目前还没有大批量的工程应用，各电科院、火电建设单位均处于试验 研究阶段。同时根据ASME锅炉及压力容器规范案例2115-1,HR3C焊缝填充金属应仅限于 采用SFA-5.11标准的EniCrFe-2类或ERNiCr-3类镍基填充金属。因此我们最初选定使用 ERNiCr-3焊丝，在经焊接工艺评定合格后，并经焊工练习合格后，于08年7月底开始用于末级再热器HR3C的焊接。08年8月初，电力行业电站焊接标准化技术委员会组织各单位召开HR3C代用焊材研讨会，会议建议采用ERNiCrCoMo-1做为HR3C的代用焊材。图1 : 82类镍基合金焊缝金属蠕变性能低与HR3C母材比较Z

5、p 二 IrJ_山 ENiCrFe-3SMAWNmrod l82KS?ti ERNiCr GTAW （全埠城,20.7O.Nb）HR3C母轲T+20%100.010,0i 7OMPa 二:650°C xIL仝一二一一二一一-CLU Lvr2 二根据会议提供的英国曼彻特焊接材料公司的研究材料中，对HR3C、SUPER 304H分别使用ERNiCrCoMo-1和ERNiCr-3焊丝焊接的焊接接头进行了蠕变强度试验，试验表明使 用ERNiCr-3焊丝的焊接接头蠕变强度均低于母材强度平均值的80%，使用ERNiCrCoMo-1焊丝的焊接接头性能优于母材性能。其性能比较见下图：(1) 82类镍

6、基合金焊缝金属蠕变性能低于HR3C、SUPER 304H母材1000.0 匚一二亠V<|b4 二二二4広IQ 1B1111111B1311111111J11111214161820222426Larson Miller Parameter, LMP = K（15 + logt） x 10心（拉森-米勒指数）1000.0-I650°C x 10 ；A ENK>Fe-3 SMAW全1理 Nimrpd! 182KS)A ERNiCr-3 GTAW (全焊堂,2D.70.Nb?fe> Super 3WH 母材tI1 70MPa 二TH-1M1+20%Tn O00.Eds二只

7、嵋)I J111 IJi*T I T I 1424208-141_Larson Miller Parameter, LMP = K(15+ logt) x 10'3(拉森-米勒指数)图2 : 82类镍基合金焊缝金属蠕变性能低与 Super 304H母材比较(2) 617类镍基合金焊缝金属蠕变性能优于 HR3C、SUPER 304H母材1000.0=L卜二丰二 +20% :二童:卫:-2Q% ATAizzzzlENiCrFe SMAW (金悍螳，Nimrod 162K$)ERNiCr-3 GTAW f 全20.70.NbJENiCrCoM&-1Nimn>d Gl7KS)ER

8、NiCrCoMo-1 GTAW (61-70)HR3C母材O«O1.:二二二二；70MPa 二：三三三至1T1iBSO'C K 10 !I,IJI-|一| J I 1!11；16224Larson Miller Parameter, LMP = K(15 + logt x 10(拉森-米勒捋数)图3: 617类镍基合金焊缝金属蠕变性能低与HR3C母材比较1000.0510 n4AS -_-rr_rrJ01 o.-H443也 ENiCfFe-3 SMAW （全埒爲 Nimrod 1E2K5类6 ERN G-3 GT AW f 全悍檢 2Q70.Nb| ENiCK；OMk>

9、-1i SMAWfSr Nimrod 617KSj0 ERNCrCoMo-1 GTAW （61MD克） Super JD4H 母材u L r I-丄丄T丄1 _Q .i111i1I111i111i1i1.I1111214161820222426Larson Miller Parameter, LMP = K(15 + logt) X 10 3 (拉森-米勒指数)图4 : 617类镍基合金焊缝金属蠕变性能低与 Super 304H母材比较因此，为了保证焊接质量，我们要求安装单位重新对HR3C、SUPER 304H采用ERNiCrCoMo-1进行焊接工艺评定，在工艺评定合格后，将原来采用ERNiC

10、r-3焊接的80道焊口割除，重新用ERNiCrCoMo-1焊接。3焊接应用及工艺改进在实际焊接过程中，又发现了一系列的问题，焊工严格按焊接工艺焊接的SUPER304H、HR3C焊口，经射线检验发现均存在根部内凹缺陷，且超过 70%的焊口内凹 深度超标，经重新焊接试样割开后发现内凹出现在打底层接头根部。这种情况在焊接工 艺评定时及地面练习时均未出现，为什么在安装焊接中会出现根部内凹缺陷呢？为了分 析原因，我们对焊接工艺过程进行了仔细的排查，没有发现问题，后来又经多次焊接试 验，发现在地面焊接练习时使用的是短管，可采用管口充氩的方式，氩气保护良好，不 会出现根部内凹现象；而安装焊口采用的是在焊口处

11、充氩，打底至最后接头时，需抽出 充气管，这时接头部位得不到好的保护，再加上 ERNiCrCoMo-1的粘性大、流动性差，从 而产生了内凹。为消除内凹，我们组织相关技术人员进行了探讨，并进行了多次焊接试验。经过试 验，我们发现焊口根部内凹并未完全消除，但通过适当增加焊接电流，提高打底层接头 部位温度等可减小内凹深度，从而保证内凹部位焊缝有效厚度符合规程要求。因此我们对现场焊接提出了严格的要求，对于末级再热器焊口，因出口集箱开口， 要求进入集箱内对焊口至集箱段进行整体充氩，可以确保充氩效果。同时对现场施焊提 出如下要求：(1) 要求打底层厚度保持在2mm以下，以保证熔池的流动性；填充及盖面层要采用

12、窄 焊道，焊层厚度小于2.4mm,以获得良好的冲击韧性。(2) 焊接时焊把做小幅摆动，焊丝尽量不要作锯齿摆动。(3) 焊接过程中要保持电流一致，严格控制层间温度不高于100C。(4) 焊口每一层焊道均要将表面氧化物清理干净，用不锈钢刷打磨出金属光泽，避免 出现氧化物夹渣。(5) 管子在对口前在管道内部用水溶纸作好气室，水溶纸的位置距焊口应大于70mm，确保充氩效果。(6) 背面保护充氩流量为8-10L/min，充氩2-3分钟后确认气室内空气排净后方可开始点 焊。(7) 打底封口剩余10mm左右时，将充氩流量减为2-3L/min ;(8) 所有焊工必须在地面进行严格的练习，练习中对焊层厚度、焊道

13、宽度、层间温 度、层间清理情况等进行检查，确保均符合要求并检验合格后方能正式施焊。4 结束语通过对HR3C、SUPER 304H钢材的工艺试验，我们基本上掌握了 ERNiCrCoMo-1焊接 特性，发现了焊接的特点与难点，并找出了相应的处理方法，保证了焊接质量和工程进 度。HR3C、SUPER 304H两种钢材在我公司使用ERNiCrCoMo-1代用焊丝获得了成功，也 为以后工程应用提供了良好的借鉴。#3锅炉已于 2009年6月24日顺利通过 168试运转入商业运行，焊口情况良好，未发生 泄漏现象。参考文献1 英国曼彻特焊接材料公司：采用 617 镍基材料焊接 HR3C 奥氏体耐热钢2 英国曼彻特焊接材料公司：采用 617 镍基材料焊接 Super