2003江苏省金属材料与焊接学术研讨会论文集.pdf

江苏省电机工祖学会学术活动 金月材料与娜接学术研讨会论文翻 2 翻3 年第8 软 【 总第63辑 ) 高温高压阀门门芯硬质合金堆焊修复 叶克 ( 南京热电厂， 江苏 南京2 1 0 0 3 5 ) 摘 要: 介绍了高温高压阀门门芯运行中损坏堆焊修复 处理工艺及方法。 关祖词: 吹蚀、 裂纹斗 堆焊修复 主蒸汽阀门、 炉安全门门芯是机组运行中的 重要工作部件。其工作条件苛刻， 工作压力为9 m p a 、 工作 温度5 3 5 0 c 。 由于长期受高温高压蒸汽的吹蚀、 制造质量等因素影响， 阀门门芯的工作密封面发生吹损和裂 纹， 严重 影响了 机组的 安全 运行。 为 保证 机组的 安全运行、 延长高压阀 门 使用寿 命， 南京热电厂 成立了q c 攻关焊接小组， 提出堆焊方案， 高压阀门门芯进行硬质合金堆焊处理。 其结构及堆焊修复部位如图( 1 ) 硬质合金堆焊层 过渡层 门芯基体 1修复 前准备 机加工车去原门芯基体工作面上的硬质合金并低于3 m m ， 便于过渡层的堆焊。 2 易出 现的问 题 堆焊后的 焊缝金属硬度高、 塑性低， 堆焊金属成分与基体金属成分相差较大， 金属的线膨胀系数较大 易引 起较大的内 应力， 堆焊后的堆焊金属在冷却过程中产生堆焊层裂纹及剥离。 3 焊接工艺 ( 1 ) 采用焊接过渡层方法， 先用塑性好、 利于 异种钢焊接的焊材进行过渡层的打底焊。 ( 2 ) 用较小的焊接规范， 减小焊缝金属的熔合比。 ( 3 ) 为防止堆焊门芯的变形， 采用对称堆焊。 4 焊条选用 高温高压阀门门芯硬质合金堆焊修复 ( 扮 过渡层焊条选用0 3 .2 奥4 0 2 焊条， 该焊条含镍、 铭量高， 抗裂性能、 抗氧化性能及韧性好， 操作性 能佳， 作为异种钢焊接有良 好的过渡作用， 且不需要进行焊后热处理。 表1 奥4 0 2 焊条化学成分 0 . 0 8 - 0 .2 0 1 .0 - 2 . 5 -0 . 7 5 2 5 .0 - 2 8 . 0 2 0 . 0 - 2 2 . 5 e 0 . 0 3 e 0 . 0 3 1-0 .7 5 e 0 . 7 5 ( 2 ) 焊条使用前烘干温度为1 5 0 - c , ( 3 ) 堆 焊 层 选 用 硬 质 合 金 焊 丝h s i 1 1 , 0 3 .2 ， 该 焊 丝 是 低 碳 钻 铬 钨( 司 太 立) 合 金 堆 焊 焊 丝， 有较好的韧性， 抗裂性能好， 具有良 好的耐腐蚀、 耐热、 耐磨性能。 表2 h s 1 1 1 ( m 3 .2 ) 焊丝化学 成分 一 三 一-s i 一 一二互二二二 f e 二二二 c o 二 一 卫 9 - 1 .4 一 一 一 一e 1 .0 一 一 一卫 5 焊接操作步骤 ( 1 ) 过渡层采用手工电 弧焊， 硬质合金层堆焊采用手工钨极氢弧焊。 ( 2 ) 将 阀 芯 置 于 平 焊 位 置 上 ， 采 用 手 工 电 弧 焊 ， 过 渡 层 环 向 对 称 焊 接 二 层 ， 焊 条 不 摆 动 ， 厚 度4 - 5 m m , 焊 接电流9 以， 直流反接。 ( 3 ) 过 渡 层 焊 好 的 阀 芯 冷 却 后 。 根 据 堆 焊 硬 质 合 金 属 高 度 需 要， 机 加 工 将 过 渡 层 车 平， 如 堆 焊 层 实 需 5 m m ， 留出6 - 7 m m左右的硬质合金堆焊厚度。 ( 4 ) 硬 质 合 金 堆 焊 时 将 阀 芯 置 于 平 焊 位 置 上 ， 采 用 手 工 钨 极 21 弧 焊 ， 直 流 正 接 ， 焊 接 电 流i o o a ， 第 一 层 对称环向 堆焊， 焊丝不摆动， 厚度不超过3 m m , ( 5 ) 二层采用径向对称堆焊， 厚度不超过3 m m , ( 6 ) 三层主 要用于 堆焊 层找平， 厚度不超过3 m m , ( 7 ) 焊后用石棉布包扎， 缓冷。 ( 8 ) 最 后 进 行 机 加 工 ， 加 工 后 的 硬 质 合 金 堆 焊 层 厚 度 不 小 于 5 m m ， 以 保 证 其 工 作 面 硬 度 。 6 焊后检验 ( 1 ) 机加工后堆焊层表面无缺陷， 经着色探伤无裂纹。 ( 2 ) 其硬度( h r c ) 4 2 - 4 5 , 7 结论 堆焊后的门芯经长期运行证明， 门芯硬度和质量符合安全运行要求， 运行2 年后大修解体检查， 门 芯 无裂纹出现， 磨损i不大， 达到了 堆焊修复目 的， 节约了较大的 资金及人力( 更换一只高压阀门需2 - 3 万 元) 。 江苏省电机工程学会学术活动 金月材料与烽接学术研讨会论文拐 2 0 0 3 年第8 辑 ( 总第6 3 辑) 3 4 c r n i 3 m 。 叶轮键槽补焊工艺研究 李夕强 葛兆祥王 ( 江苏省电力科学研究院， 江苏 南京 勇 2 1 0 0 3 6 ) 摘要 得成功 关健词 : 通过对3 4 c r n i 3 m 。 叶轮键箱材料焊接性的分析， 制定出了 一套合理的焊接修复工艺， 并在实际补焊中获 : 3 4 c r n i 3 m o 叶轮健擂: 补焊 1 焊接性分析 3 4 c r n i 3 m o 钢为大截面高强度钢， 属中 碳高强度钢， 具有良 好的 综合机械性能和工艺性能， 在苏联和我 国 广泛用于 发电 机转子和汽轮机转子。 钢的 工作温度限制在4 0 0 以下， 当 达到4 0 0 - 4 5 0 时， 机械性能急 剧下降， 超过4 5 0 时蟠变强度、 持久强度都很低。 钢的 裂纹敏感性和白 点敏感性均较大。 由于钢的含碳量 较高， 难于采用深冷急冷等大锻件热处理新工艺， 不利于钢性能的改善， 但研究表明， 该钢热处理过程中 无 回火脆性倾向。 3 4 c r n i 3 m o 钢化学成分和机械性能分别见表1 , 2 0 表 l 材料名称 3 4 c r n i 3 mo 3 4 c r n i 3 m o 钢的化学 成分 c r n i 0 . 1 7 - 0 . 3 70 . 7 0 - 1 . 1 0 2 .7 5 - 3 .2 5 鉴0 . 01 850 . 0 1 5 表2 3 4 c r n i 3 m o 钢的 机械性能 8 5 ( %)中 m 59494949 叨3035 技术条件 j b 1 2 6 5 - 8 : 轴端纵向 本体径向1 q l150 附录b 补充件 j b 1 2 6 5 - 8 5 附录a补充件 q 7 0 切 5 a 0 . 2 ( m p a ) 7 3 5 - 8 8 3 7 3 5 - 8 8 3 6 8 6 - 8 3 4 7 3 5 - 8 8 3 : : 8 0 4 1 4 8 5 3 1 3 1 . 1 碳2 4 2分析 3 4 c r n i 3 m o 钢具有很高的强度和硬度， 但塑性韧性稍差， 其碳当 i最小 值由 下式计算: 。 ，胶c+ 胶+ v c - + n . l_ _ 二+- 二 一十十-花 二一 0ju h a z 易出现淬硬马氏体组织， 1 . 2 热裂纹敏感指数分析 5 ，由 此可以 看出， 3 4 c r n i 3 m o 钢的 焊接性很差， 具有较大的淬硬倾向， 焊接 接头 具有一定的冷裂倾向。 焊接时必须采取必要的措施才能防止裂纹的 产生。 代人数据计算结果为0 . 7 合金钢的热裂纹倾向可采用热裂纹指数计算公式进行评定， 若热裂纹指数大于4 . 0 ， 则说明该钢种在 某种工艺条件下会产生热裂纹。热裂纹指数的计算公式为: 刀e s= 旦到丛醚垫丝夕四x 1 0 3 j 衬几 十 c r 十 mo + v 3 4 c r n i 3 m 。 叶轮键描补焊工艺研究 代入 数 据计算得h e s = 2 .4 0 m 6 c m m c 6 m 7 c , m , c 钢中由于同时存在多种碳化物的形成元素， 性质相似的元素能够互相取代。 因此钢中很难找到单纯的 某一元素的 碳化物， 大多数是以 某一元素为主， 固 溶了 其它元素的多元碳化物相。 通常认为碳化物固 溶了 化学稳定性小的元素就使这一碳化物的化学稳定性降低， 而稳定性大的则使之增加。 长期在高温高压蒸汽作用下运行的铬铝钒钢的锅炉管， 管子金属中碳化物的形态、 相成份和相结构的 不断发生改变同样是一种不可逆的自 然规律。有关火电厂钢管金属使用性能研究的大t实验结果表明， 1 2 c r 1 m o v钢管运行期间， 碳化物相结构随时间增加所发生的转化次序为: f e 3 c ( m 3 c ) -m o , c + m l c f- + m d c 6 - “ m 6 c 高温过热器、 高温再热器( 1 2 c r 1 m o v ) 碳化物相结构以m , c , m 0 2 c 和v i c 7 碳化物为主， 钒在墓体中常 以 碳化钒细微粒子形式存在， 起到弥散强化作用， 属正常状态。 m 0 2 c 是钥的 碳化物的主要形式。 格相帆低 合金钥锅炉管随运行时间的 增加， 往往会生成较多的m 7, c 和m 6 c 形式的合金碳化物， 此次试脸分析时， 发现高温过热器1 号试样和高a再热器4 号试样的m i c 6 型碳化物含i较多( 1 1 %) ， 但未发现m 6 c 型的 碳化物。 2 .4 徽观组织分析 钢管的宏观使用性能与金属显微组织之间有较密切的联系，同样金属部件随显徽组织状态的改变会 锅炉商温过热器和高温再热器管材质状况分析 使部件的力学性能有不同程度的变化。 钢管在高温高压下长期使用， 其金属的 微观结构状态逐渐发生变 化， 这种变化通过显微组织形貌特征反映出 来。观察分析金属表面显微组织状态的特征， 能够在一定程度 上清晰地揭示出钢管金属微观结构状态随运行时间所呈现的变化规律。 1 2 c r 1 m o v钢是一种珠光体型低合金钢， 经过正火和回火处理后的正常原始组织是铁素体和珠光体， 珠光体中碳化物具有层片 状结构。1 2 c r 1 m o v钢管在高温高压下长期运行过程中， 钢管金属内部珠光体区 域的部分碳化物发生分解， 同时部分片状碳化物趋于球状化。随着时间的 增长， 珠光体中的碳化物慢慢分 解殆尽， 珠光体的形貌特征最终消失。 而伴随发生的现象是晶 界不断地有合金碳化物的成核成长， 且晶 界 碳化物的线密度和粒度也逐渐增大， 也就是说， 碳化物球化严重程度不断 增加。 相应地， 钢管金属力学 性能 和热强性能随着这种微观结构状态的 改变而有不同程度的降低。 显微组织形貌的观察依据国家g b / 7 1 3 2 9 8 - 9 1 金属显微组织检验方法， 在l e c o 5 0 0 大型金相显微镜上 进行， 放大倍率为1 0 0 - 5 0 0 x 。 珠光体球化评级方法参照d l / 1 0 7 7 3 - 2 0 0 1 ， 火电厂用1 2 c r 1 m o v 钢球化评级标 准。各割管试样金相检验结果列于表8 e 衰 8 绮号试样 各刽管试样金相检验结果 检验位f 组织状况 高沮过热器( 1 2 c r 1 m o v ) 高沮过热器( 1 2 c r 1 m o v ) 高沮再热器( 1 2 c r 1 m o v ) 高沮再热器( 1 2 c r i m o v ) 向火面 背火面 向火面 背火面 向火面 背火面 向火面 背火面 铁素体+ 珠光体十 碳化物， 组织粗大， 3 级球化 贝氏体+ 碳化物, 3 级球化 铁素体十 碳化物， 5 级球化 铁素体+ 碳化物, 4 级球化 铁家体十 珠光体+ 碳化物， 3 级球化 铁素体+ 珠光体十 碳化物, 2 级球化 铁素体十 碳化物, 4 级球化 铁素体+ 碳化物, 4 级球化 根据金相组织状况可以 发现， 锅炉管割管试样金属晶 界形成有较多的碳化物， 发生了不同程度的 球化 现象。金属内 部晶界区由于无序的原子排列， 存在着较大的空隙， 所以晶界内 部合金元素原子会不断向晶 界作定向扩散迁移。 这个过程一方面降低了晶粒内部晶格畸变能， 同时为晶界合金碳化物的 成长提供了 物 质基础。 这种合金元素的晶 界偏聚现象造成了晶粒内 部局部微区 合金元素的贫化， 影响到基体的固 溶强化 作用。 同时， 大t合金元素原子富集晶界区， 有利于晶界合金碳化物大量形成， 出现了晶界碳化物线密度和 粒度的 不断增加。 晶界合金碳化物的大量形成， 又使晶 界结合力下降， 也就是晶界强度的降低， 必然影响到 钢管金属的宏观使用性能指标。 2 . 5 管外盛垢分析 割管试样外表面金属氧化层厚度和界面金属侧晶界氧化裂纹深度检测结果列于表9 ，从表中可以得 出: 高沮过热器向火面、 背火面和高温再热器的背火面金属氧化层最大厚度为0 . 3 6 m m ， 晶界氧化层裂纹最 深处为5 个晶粒， 尚满足 火力发电厂金属技术监督规程 中规定的高温过热器管和再热器管外表面氧化 层厚度不超过0 . 6 m m ， 且晶 界氧化层裂纹深度不超过5 个晶粒。 但值得注意的是高温再热器管外表面金属 氧 化 层较厚， 已 达0 .8 m m , 衰9 试样检测结果 _ _ _o7 k 面 一 一 一 一 一 一 下 一 一 一 一 一 币 to 旦 _ 试 样! 权 化 层 厚 度 ( 二) 晶 界 权 化 裂 纹 ( 个 a ft ) 蔽 花 1;当t金属壁温( ) 581584526540 高温过热器 高退过热器 高沮再热器 高谧再热器 0 . 3 0 0 . 3 1 0 . 1 5 0 . 1 8 2 .7锅炉管 剩余寿 命计 算 锅炉管的寿 命计算方法， 考虑外壁减薄时的 过热器、 再热器管 使用寿 命按下式计算: tn r - ( 1 / k ) . 1 - l + k ( n - 1 ) t r 1 / 1 - n ) 式中: k 为减薄速率， n 为n o rt o n 常数， 按相关文献取， tr为无减薄时的使用寿命。 减薄速率按下式计算: k ， 二 ( t i - t f ) / ( t i “ t o p ) 式中: t i , t f 分别为初始管壁厚度及运行t o p 小时 后的管壁厚度。 无减薄时的 管子的使用寿 命按l a s s o n - m i ll e 法计算， 即: l m p = t ( 2 2 + l g t r ) 式中: l m p 为 应力常数， t 为管壁温度， t r 为无减薄时的使用寿命。 分别 将高温 过热器、 高温再热器管的相关参数及1 2 c r 1 m o v的l m p 常数代人以 上各式， 计算得到锅炉 管的 计算使用寿命， 列于 表1 1 , 衰 1 1 各创管试样的计泣恤用弃会 编号割管试样t o m 高沮过热器 高温过热器 高温再热器 高沮再热器 t r ( h ) 8 ( 洲 洲 ) ) 6 4 5 0 0 5 .7 4 0 6 1 . 8 x 1 0 6 t n r ( h ) 6 5 0 0 0 5 4 4 0 0 1 0 5 8 0 0 8 9 3 0 0 581584526540 几j4 由 于4 # 锅炉已运行4 .9 8 万小时， 所以 对于其剩余寿 命应为计算得到的 使用寿命减去已 运行时间。由 此， 4 # 锅炉高温过热器割管管段的剩余使用寿命分别为1 5 2 0 0 6 和4 6 0 0 6 ， 高温再热器割管管段的 剩余寿 命分别为5 6 0 0 0 6 和3 9 5 0 0 6 。 高温过热器割管管段的 剩余使用寿命， 尤其是2 号试样已不足1 0 0 0 0 6 ， 必须 及时 更换以 保证运行安全. 高温 再热器割管管段的剩余使用寿命较长， 但考虑到随运行时间的 延长. 其内 壁 一4 0一 锅炉高温过热器和高温再热器管材质状况分析 氧化皮厚度随之增加， 加之外壁进一步的氧化腐蚀， 其管壁的实际金属厚度也将进一步减薄， 故应加强大 小修期间高温再热器管的金属监督工作。 3 结论与建议 3 . 1结论 根据上述试验结果， 可以得出4 # 锅炉高温过热器和高温再热器管材质状况结论， 归纳如下: ( 1 ) 过热器、 高温再热器管的化学成分符合g b 5 3 1 0 - 9 5 标准要求。 ( 2 ) 过热器、 高温再热器管的力学性能基本符合g b 5 3 1 0 - 9 5 标准要求。 但高温再热器管的 抗拉强度、 屈服强度和布氏硬度值均有所降低， 表现出明显的力学性能劣化趋势。 高温再热器4 号试样向火面的屈服 强度已接近标准下限值， 抗拉强度普遍低于标准要求， 布氏 硬度值和强度试验值具有相同的变化趋势， 降 至h b 1 0 0 左右。 ( 3 ) 碳化物结构相及成分分析测试结果显示， 钢管中的 合金元素已 发生较为明显转移和碳化物相结构 的变化。 但尚未发现使钢的耐热性能明显下降的m 6 c型碳化物的存在。 ( 4 ) 金相组织检验表明: 高温过热器、 高温再热器管的金相组织均存在不同程度上的珠光体球化现象， 其中， 高温过热器2 号试样向火面球化级别为5 级， 高温再热器4 号试样向火面球化级别为4 . 5 级， 均已 严 重球化。 ( 5 ) 高温过热器2 号试样向火面外表面氧化层厚度为0 .3 6 m m ， 晶界氧化层裂纹深度为5 个晶粒， 已临 界 火力发电厂金属技术监督规程中规定的限值要求。高温再热器向火面外表面金属氧化层厚度达到 0 . 8 m m ， 晶界氧化层裂纹深度达5 个晶粒， 管子金属基体实际厚度仅为3 m m左右， 考虑到随运行时间的延 长， 其外壁将进一步氧化腐蚀， 管子金属实际壁厚将难于满足强度要求。 ( 6 ) 高温过热器管当量金属壁温为5 8 1 c , 5 8 4 0 c ， 均已超过设计温度， 高温过热器管存在明显的超温运行。 ( 7 ) 高温过热器割管管段的剩余使用寿命较小， 试验计算结果分别为1 5 2 0 0 h 和4 6 0 0 h ， 尤其是高温过 热器管2 号试样的剩余使用寿 命已不足1 0 0 0 0 h ， 必须及时 更换保证运行安全。 高温再热器割管管段的 剩余 使用寿命分别为5 6 0 0 0 h 和3 9 5 0 0 h . 3 . 2 建议 ( 1 ) 高温过热器管长期在高温和应力作用下， 其组织性能存在明显的老化、 损伤， 超温过热运行使其 当量金属壁温远高于设计温度， 2 号试样的剩余使用寿命已不足1 0 0 0 0 h ， 为确保其安全运行， 建议对高温 过热器管进行全面普查和内壁氧化皮厚度的测量， 通过对整体高温过热器管排内壁氧化皮厚度的测量和 金属当量壁温的计算， 建立延高温过热器管排从a -b 侧的温度场分布， 有针对性的对每根高温过热器管 进行更换和监督运行， 并为锅炉的燃烧调整提供依据。 ( 2 ) 温再热器管的试验结果表现出明显的力学性能劣化趋势， 金相组织也存在较为严重的球化现象， 外表面氧化皮厚度及晶界氧化裂纹深度临界( 火力发电厂金属技术监督规程 中规定的限值要求， 其内外 壁的氧化腐蚀使其管子金属实际壁厚为3 m m左右， 剩余使用寿命已不足4 0 0 0 0 h 。 建议利用大小修机会加 强对高温再热器管的金属监督， 发现问题及时更换， 以 保证高温再热器管的安全运行。 参考文献 l 李斑军.火电 厂关键部件失效分析及全过程寿命管理论文集.北京: 中国电 力出版社， 2 0 0 0 . 2 火力发电 厂金周技术监任规程d i a 3 8 - 2 0 0 0 0 3 1 高温过热器、 高沮再热器管材状况评定报告.苏州热工研究 所, 2 0 0 2 . 江苏省电机工程学会学术活动 金.材料与焊接学术研讨会论文纽 2 佣3 年策e 辑 ( 总组6 3 辑) t 9 1 钢管的性能及焊接问题探讨 万小鲁 ( 江苏 新海发电 有限 公司， 江苏 连云港2 2 2 0 2 3 ) 摘 要: 简 单介绍了t 9 1 钢的 应用情况， 着重探讨了t 9 1 钢的 理化性能和焊接性能及焊接需注惫问题 关盆词: 钢管; 性能; 焊接 t 9 1 钢是世界各国普遍关注的新钢种， 我国近几年制造厂和电厂都在逐步应用。t 9 1 钢由美国国家橡 树实 验室和 燃烧工程冶金材 料试验 室合作研制的， t 9 1 钢是 一种改进的9 c r 1 - m o 钢， 是 在a s t m a 2 1 3 7 9 钢的基础上， 降低含碳量， 通过添加v , n b , n等微量元素合金化， 并对含n量加以控制得到的。 其主要优点 是: 高温持久强度、 高温姗变强度优异。 由于t 9 1 钢管的优异性能， 特别在高温下有较高的蟠变和持久强度 及许用应力， 因而可以减少管子壁厚， 降低成本。 t 9 1 钢与江苏新海发电有限公司2 0 0 m w机组锅炉所用 1 2 c r i m o v , 钢1 0 2 , t 2 2 管子相比， 在相同温度、 压力条件下， 管子壁厚可减少4 0 % - 5 0 %， 和t p 3 0 4 h不锈钢 管子相比， 成本可减少3 0 %。该公司1 2 # 炉大修高温再热器改造项目中出口管组将采用1 9 1 钢。 1 t 9 1 钢的应用概况 我国2 0 0 m w和3 0 0 m w的 老机组锅沪大部分使用的是t 2 2 ( 美国) , 1 2 c r 1 m o v , 钢1 0 2 等钢材。 由于超 高温而造成的爆管现象较普遍， 某些电厂锅炉运行4 年左右就发生过热器和再热器钢1 0 2 管的爆管， 这些 电厂 在锅炉受热面改造中将超温管段换成t p 3 4 7 h或t p 3 0 4 h不锈钢管， 以 提高管壁耐热沮度。 t p 3 4 7 h 或 t p 3 0 4 h 不锈钢管不仅成本高， 且这类未稳定化的奥氏 体钢和7 2 2 ( 美国) , 1 2 c r 1 m o v , 钢1 0 2 等珠光体钢相 比， 膨胀系 数、 合金元素相差很大， 因此焊接异种钢焊口 早期失效问题一直没有彻底解决。目 前虽然国内 陆 续改 用镍基合金焊条( 高匹 配) ， 焊接接头寿 命有所延长， 但仍未达到与母材等寿命。国 外锅炉同 样存在这 些问题。 因此需要一种新的钢种， 其耐热温度要达到6 5 0 t， 并有高的抗拉强度、 高温蟋变和持久强度， 低的 热膨胀性， 良 好的导热性、 加工性和抗氧化性能， 高的韧性， 表面裂纹易被检测。 t 9 1 材料正好具备以 上性 能， 是一种 适用于电 站锅炉 使用的 耐热钢。 7 9 1 钢在1 9 8 3 年列人a s m e和a s t m标准前后几年， 各国基本上处于试用阶段。 起初用在老电厂过热 器和 再热器维修更换钢管， 后来逐步在新建电厂中 试用， 到2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初开始得到广泛采 用。 我国9 0 年代初开始小范围 试用， 近几年形成了 一股t 9 1 热， 主要表现为不根据过热器和再热器运行中 实际金属壁温情况， 盲目 大量使用11 9 1 钢， 很多部位实际是大材小用， 造成不必要的材料浪费。 另外焊接接 头寿 命没有长时间 运行考验数据， 焊接接头早期失效问 题的 研究都还没有深人进行。 江苏新海发电有限公司1 2 # 炉高温再热器寿 命评估情况表明， 除出口 管组迎烟侧第1 根管子存在严 重的高温腐蚀造成壁厚严重减薄和超温( 6 0 0 - 6 2 0 l ) ， 出口 管组其它管子和进口 管组管子没有明 显的超温 现象， 管子都还有较长的寿 命。 主 要存在管卡焊缝大量撕脱造 成管子泄漏多次， 且留 下大t的泄漏隐患， 严 重影响高温再热器的安全运行。 在大修中， 公司决定对1 2 号炉高温再热器进行改造， 根据1 2 号炉高沮再 热器运行中壁沮实际情况， 又 考虑到国产钢1 0 2 质量不稳定， 钢管的表面质i和抗氧化性较差( 发生过多 次钢1 0 2 管子重皮、 折叠造成的泄漏) 的实际情况， 从安全性、 经济性角度， 决定1 2 号炉高温再热器进口 管 组用原钢种( 1 2 c r 1 m o v ) ， 出口管组全部采用1 9 1 钢( 原为钢1 0 2 , 1 t 3 0 4 h ) , 一4 2- 7 9 1 钢管的性能及焊接问 题探讨 2 t 9 1 钢的主要性能 2 . 1 化学成分 7 9 1 钢和1 2 c r 1 m o v , 钢1 0 2 , t p 3 0 4 h 4 m , t 2 2 ( 我厂1 2 号炉高温过热器出口 用到一部分) 的化学成分见 表 1 , 衰 不同 钢的化学成分 元索 c i m n p s s i c r m o v n bnln i一 wt i i8 7 91o . o 8 - 0 . 1 2 。 3 0 - 司. 6 0。 . mso . ol0 . 2 0 -0 . s c:8 . 0 ( 卜95 0 0 . 8 5 -1 . 0 5 一0.18-0.250 .06- 0 .100.0 3-0 .0 7 50 . 4 0 1 2 c m o 0 .0 8 - 0 .1 5 :0 . 4 0 - 0 . 7 0 50 . 0 3 5二 0 . 0 3 5 0 .1 7 - 0 .3 7 0 . 9 0 - 1 . 2 0 0 . 2 5 - 0 . 3 5 10 . 1 5 -0. 3 0 一一 . 雌一 。 . 0 8 一j5一 0 .4 5 -0.6 5 .j_ _ 0 .4 5 -0 .7 5 1 . 6 0 - 2 . 1 0 0 .5 0 -0 .6 5 0 .2 8 -0 .二一 0 . 3 0 -0 . 5 50 . 0 8 -0 . 1 8 50 . 0 0 8 c u. = : su .u 7 月 250 . 1 5 。 j 0 - a 6 050 .0 3 5 0 .0 3以5 01 . 9 0 - 2 . 6 0 1 4 0 .8 7 - 1 . 1 4 二 04 叫 0 .0 4 - 0 . 1 0 ( 保持3 0 m i n ) 2 . 5 .2 焊接性 t 9 1 钢属于空冷马氏体钢， 其合金元素总含量超过 1 3 %. 根据钢材成分可以计算出t 9 1 钢的碳当量为 7 9 1 钢管的性能及焊接问题探讨 1 . 9 % m - 2 . 3 8 % 。 说明该钢材的淬硬倾向、 冷裂纹敏感性大， 同时由 于含有促进热裂的元素( c , n b 等) ， 该钢材 也有一定的热裂倾向。 由 于，1 钢的 合金 元素含量较多， 碳当 量较大， 冷裂敏感 性大， 有一定的 热裂倾向。 针 对以 上问 题， 各 国 也进行了 一 些试验和 研 究， 从研究 情况看,7 9 1 钢焊 接接头( 包括和1 2 c r i m o v , 钢1 0 2 , 7 2 2 钢的 异 种钢焊 接接头) 对热裂 纹不 敏 感， 抗 裂性良 好。 t 9 1 钢 对再热裂 纹不敏感, 7 9 1 与1 2 c r 1 m o v , 钢1 0 2 , 7 2 2 异种钢焊 接接头对再热裂纹敏感， 热处理时要注意。 t 9 1 钢因 碳当 童较大， 造成粗淬硬倾向大， 与1 2 c r 1 m o v ,钢1 0 2 , 7 2 2 异种钢焊接接头的 冷裂倾向和 7 9 1 同 质材料焊接接头相当， 通过一定的工艺措施可以 避免产生冷裂纹。 如控制焊接热循环。 焊接冶金过程 的 质盆优劣， 很大 程度上取决于 冷却速度， 而焊接的 物理过程又会带来巨大的 组织应力和热 应力， 因此制 定焊接工艺， 焊工执行工艺， 焊接热循环( 控制温度) 这一环节决不能忽视。 国内 一些 单位根 据，1 钢的可 焊性情况和国 外 提供的 工艺， 在7 9 1 钢焊 接工艺评定上 做了 一些工 作， 7 9 1 钢可以采用电弧焊方法进行焊接， 焊条和焊丝的化学成分应使焊缝和母材一致或接近， 使焊接金属具 有与母材相同或更好的蠕变和持久强度。国内7 9 1 同种钢焊接主要选用日 本焊丝或焊条， t 9 1 钢与 1 2 c r 1 m o v , 钢1 0 2 , 7 2 2 钢 异种钢焊接时 焊丝或焊条 选用按 低匹配( 按合金 元素较低的一 侧钢材 选用) 的 单 位较多， 由于7 9 1 钢和1 2 c r 1 m o v , 钢1 0 2 , 7 2 2 钢异种钢焊口 有一个脱碳区， 如果按低匹配选用焊接材料， 必须注意保证焊缝金属的 含碳量足够高， 以满足持久强度的 要求。国内 也有厂家选用高匹配方法， 从工艺 评定的和实际使用来看， 能满足目前的焊接要求。 2 . 5 . 3 弯曲 及其它性能 t 9 1 钢管采用冷弯和热弯都没有困 难， 一般采用冷弯方法。 当弯管半径与管子外径之比 在1 .3 - 1 . 8 条件 下， 冷弯后1 0 万h 下的高温持久强度下降约1 0 % ， 在允许的变化范围内。由于7 9 1 钢合金元素含量较高， 因此该钢的强度较高， 硬度大， 冷弯后应进行“ 正火十 高温回火” 热处理， 以保证性能。 3 籍注意的问 题 ( 1 ) 在我国电厂锅炉大面地推广应用t 9 1 钢管， 尤其对于老机组改造， 还需解决t 9 1 与目 前使用较多 的1 2 c r 1 m o v , 钢1 0 2 , 7 2 2 等钢的 异种钢焊接问 题。 如前所述， 国 外在研究t 9 1 钢的同时， 也进行了 可焊性 研究， 包括焊接材料、 焊接热裂纹敏感性、 预热温度、 热处理工艺、 焊件的拉伸蟠变特性、 裂纹类型等， 目 前 已 有比较成熟的工艺和方法。 但国 外提供的焊接材料和 工艺是针对新建机组而言， 并不完全适合我国的大 部分属于老机组锅炉改造的 实际情况， 更不可能实际 适及11 9 1 与我国 特有的锅沪用钢种钢1 0 2 的焊接材 料与工艺， 国内 锅炉制造厂和电力系统一些电 厂和 试验研究单位近年来开展了t 9 1 的 焊接工艺评定工作， 提出了焊接参数与焊接操作方法和工艺措施， 但这些工作大多数属于验证性工艺评定范畴， 缺乏深人研 究。 对于复杂情况下出现的各种组织和结构更未涉 及， 对t 9 1 与1 2 c r 1 m o v , 钢1 0 2 , 7 2 2 钢异种钢焊接工 艺、 焊接接头的高温持久强度、 接头失效机理等尚 未深人研究。 这就为电厂的长期安全运行留下了隐患和 担心。 ( 2 ) 目 前国内t 9 1 钢管主要从日 本进口， 虽然日 本7 9 1 钢管质量总体上很好， 但也发现过一些问 题， 有 些电 厂对进口 钢管进行验收时发现过显微组织异常， 主要为粗细不均的混晶组织。 混晶 组织的 形成是由于 7 9 1 钥管热 轧后正 火小幅度超温造成的， 属于热处理工艺控制不当。 混晶 组织大大降低了1 9 1 的冲 击韧性， 另外由于晶粒粗细不均， 在大 小晶 粒交界处会出现 应力集中， 裂纹易在此部位产生。 美国a s m e 标准对11 9 1 钢的显微组织和晶粒度没有具体要求， 未涉及混晶 组织， 这样就有可能出 现在不合适的正火温度热处理的 1 9 1 钢管， 通过调整回火温度， 使其各项性能指标能满足标准要求的现象。 江苏省电机工粗学会学术活动 金.材料与娜接学术研讨会论文协 2 阅3 年绍. 辑 ( 总第63一 ) 五结束语 ( 1 ) 由 于1 9 1 钢和1 2 c r 1 m o v , 钢1 0 2 , t 2 2 钢异种 钢焊接接头有 再热裂纹倾向， 在是否能取消焊 后热处 理的研究工作没有结论情况下， 必须进行热处理， 但必须严格控制热处理温度， 并加强热处理后的探伤检 查。 ( 2 ) t 9 1 钢含合金元素较高， 为 避免焊缝根部氧化影响焊接质量， 焊接时管子内部必须充缸气保护。 加 强焊工培训， 提高焊工素质， 严格执行焊接工艺， 严禁焊接时 使用大规范( 大线能t) . ( 3 ) 虽然美国a s m e 标准对1 9 1 钢管的晶粒度和显微组织未做出 具体要求， 但作为使用单位， 为了确 保t 9 1 钢管的使用性能， 应对进货的t 9 1 钢管进行监怪检查， 避免有严重的混晶 组织存在的钢管被使用。 一4 6一 3 5 0 m w机组未级过热器管材与接头运行分析 3 5 0 m w机组末级过热器管材与接头运行分析 胡志江 ( 江苏利港电力有限公司， 江苏 无锡2 1 4 4 4 4 ) 摘 要:介绍了 利港电厂1 # , 2 # 锅炉末级过热器管s a 2 1 3 - t 2 2 和s a 2 1 3 - t p 3 0 4 h二种母材， 及t 2 2 + t p 3 0 4 h异种 钥焊接接头有关试验， 分析其运行和材质使用状况， 提出了 措施建议。 关位词: 末级过热器; 母材; 异种钢接头; 分析 1 一期锅炉概况 江苏利港电力有限 公司一期工程两台3 5 0 m w机组锅炉设备是由 美国 福斯特维勒公司 设计， 主要部件 由西班牙分公司制造和配套。 锅炉为亚临界、 一次中间 再热、 自 然循环汽包锅炉, 1 # , 2 # 机组分别于1 9 9 3 年 5 月和1 9 9 3 年1 2 月 投产。其主要参数如下: 锅炉型号二 f w 1 1 6 0 / 1 7 . 3制造年月: 1 9 9 0 年 最大连续蒸发量: 1 1 6 0 t/ h最大蒸汽流量: 9 3 9 . 1 1 / h 汽包工作压力: 1 8 . 6 8 m p a过热器出口 压力: 1 7 .2 9 m p a 末级过热器人口温度: 4 6 1 末级过热器出口 温度: 5 4 1 9c 再热器人口 压力: 3 .3 7 3 m p a再热器出口压力: 3 . 1 9 6 m p a 再热器人口温度: 3 1 6 再热器出口温度: 5 4 1 c 锅炉末级过热器管位于炉膛后斜墙水冷壁 上方， 共有二个回 路， 进口回路管排在炉前、 出口 回路管排 在炉后。 从a侧至b 侧进口回 路管排共巧片、 出口回 路管 排共50片。 末级过热器使用的材质为: s a 2 1 3 - t 2 2和 s a 2 1 3 - t p 3 0 4 he 2 试验分析目 的 锅沪设计中 屏式过热器管排和末级过热器管排用材均为a s m e s a 2 1 3 - t 2 2 和s 人 2 1 3 - t p 3 0 4 h 。 该两 种牌号是美国机械 工程师学会a s m e , a s t m ( 美国 材料与试验学会) 设计， 用于锅炉、 过热器。 它们的 化学成 分见表1 ， 主要力学性能指标见表2 。 在两台 机组的 运行过程中， 由于 多种原因， 锅炉炉内 受热面多次出 现过局部超温、 管壁温度过热现象。 特别在机组运行初 期， 发生在 屏式过热器管 排和 末级过热 器管 排， 材质同为a s m e s 人 2 1 3 - t 2 2 的 管子， 由 于超温而发生姗管共有十余次。 s a 2 1 3 - t p 3 0 4 h 属奥氏 体不锈钢， 用于每台锅炉受热面， 长管约有7 7 0 0 m ; 异种钢焊接接头每台 炉约有 2 1 3 2 只( 其中t p 3 0 4 h + t 1 1 为5 3 只， 其余为t p 3 0 4 h 十 t 2 2 焊口) 。 在火力发电厂金属技术监督规程d i s 1 3 8 - 2 0 0 1 ) 中 规定: 1 8 - 8 不锈钥管其异种钢焊接接头应在运行8 万一 1 0 万小时进行抽查， 奥氏 体不锈钢管应对应 力腐蚀裂纹进行检查。 江苏省电机工租学会学术活动 金月材料与娜接学术研讨会论文翻 2 0 0 3 年策8 粗 ( 总策6 3 妞 、 机组运行至今已经7 万小时， 有关历史超温记录 也不全。 所以， 掌握2 种材质和异种钢焊接接头在末 级过热器管系中的运行变化状况， 避免爆管的再次发生， 保证机组安全运行， 显得十分重要。 衰l 化学成分( %) 材料牌号 mn mo a s m e s a 2 1 3 - t 2 2 0 .0 5 - 0 . 1 5 a s me s a 2 1 3 - t p 3 0 4 h 0 . 1 0 0 . 5 0 s 1 . 0 0 0 .3 0 - -0 .6 0 e2 . 0 0 0 .0 3 e o叮 1 4重 0 .030.03 1 .9 0 - 2 . 6 0 1 8 . 0- 2 0 . 0 0 . 8 7 - 1 . 1 3 8 . 0 - 1 0 3 0 衰2常沮力学性能 材料牌号 a s me s a 2 1 3 - 1 2 2 a s me s a 2 1 3 - t p 3 0 4 h 执拉强度?m p a 34 1 5 5 1 5 屈服强度? s m p a 2 0 5 )2 0 5 伸长率 5 5% 2 2 ) 3 5 硬度值h b 1 6 3 3 检查和测试结果 在近期检修中， 分别对一、 二号锅炉末级过热器受热面管进行了宏观检查， 各炉管胀粗不明显， 管外壁 无减薄现象， 壁厚均符合要求。 但在进口 管排( 7 2 2 ) 局部表面结焦较严重， 并有高温氧化腐蚀现象。 t p 3 0 4 h 管排列整齐， 无变形情况， 外壁没有发现应力腐蚀裂纹。在相关部位割管取样分别进行了常温和高温机械 性能试验、 金相组织和扫描电镜碳化物形态分析， 同时对末级过热器部分出口 段散管进行了内壁筑化皮侧 量和当 f壁温分析。其综合测试结果见表3 , 衰3 t 2 2 耸合测试结果 材质 i 号 ( i 号锅炉末级过热器管) 2号 ( 2 号锅炉 末级过热器管) 3 号 ( 2 号锅炉末级过热器管) 规格 t 2 2竹 2 了 2 2 创管部位口5 7 x 1 1口 .0 6 3 . 5 43 .4 mm 巾6 3 .5 x 1 3 .4 m m 氧化腆厚/ m m 炉内进口目 内壁: 0 .2 5 外壁: 0 .2 5 出口 集箱处 西侧散管 内壁: 0 . 2 3 8 外壁: 0 .2 4 0 出口集箱处东侧傲甘 内璧: 0 . 3 6( 最大。 .4 3 m m ) 外 计算当t璧谧平均5 5 8 . 7 5 7 4 璧: 0 .3 6 金相组织铁索体十 回火贝氏体十 谈化 物， 晶 粒度7 - 8 级 校状贝氏体分娜， 晶界、 晶内破 化物呈球状分布， 孩拉巳长 大. 。已出现少t妞变孔润。 5 9 2 (.大) 校状贝氏体分解， 晶界、 品内 破化物呈球状分布. 获位已 长 碳化物 相结构主相: m n 2 3 c 6 次 相 : ( c r 2 s f e 4 .3 m o 0 . 1 ) c 3 + f e 0 .4 m n 3 .6 c + c r 3 c 2 主相: c r 2 3 c 6 + m n 2 3 c 6 + ( m o , f e , m n ) 2 c 次相: f e 3 c 大。已出现少t姗变孔润。 主相: c r 2 3 c 6 + m n 2 3 c 6 + ( m o , f e , m n ) 2 c 次相: c r 7 c 3 常沮力学性能 o :5 4 0 m p a a a :2 9 5 m p a 8 : 2 8 % a k : a :4 7 2 m p a a a : 1 9 5 m p a 8 : 2 7 % am j / c m l a : 4 7 0 mp a a e : 2 0 5 mp a 8 : 2 7 9 6 a k : 1 1 4 j / c m = 高谧力学性能( 5 4 1 )a 6 :2 5 1 m p a a s : 左2 9 % a k : 1 3 5 j am a b :2 3 8 脚a.:? 8 : 3 3 % a k : 2 0 3 j / c m 破化物中合金元索占姻 中该元索的百分比( % c r . 1 6 . 3 8 mo :2 2 . 3 6 m n : 7 .3 0 c r . 2 0 . 0 7 mo .2 3 . 0 6 mn : 5 . 7 8 4 名 3 5 0 m w机组宋级过热器管材与接头运行分析 对材质为7 2 2 + t p 3 0 4 h的 异种 钢焊接接头 割管 取样 进行了 常 温和高温机械性能 测试、 金相 分析等。 其 综合分析结果见表4 0 表4 7 2 2+t p 3 0 4 h焊接接头综合测试结果 4号 ( 2 号锅炉末级过热器管异种钢焊口) 5号 ( 2 号锅炉末级过热器管异种钢焊口) 材质7 2 2/t p 3 0 4 h t 2 2 / t p 3 0 4 h 规 格i 5 7 .1 5 x 1 1 .8 / 5 0 .8 x 6 .3 5 7 .1 5 x 1 1 .8 / 5 0 .8 x 6 .3 例管部位炉内进出回路异种接头 炉内进出回路异种接头 金相分析7 1 . 2 侧: 内壁结垢明显， 外壁少v 6 晶腐蚀; 3 0 4 h侧: 内壁 少t穿晶 腐蚀，外壁轻徽腐蚀 7 2 2 侧: 内壁结垢明显， 外璧少f i fi 晶腐蚀 3 0 4 h侧: 内 壁少f穿晶 腐蚀 ， 外壁 轻徽 腐1 1 金相组织焊缝: 奥氏体+ 少3ar粒状碳化物十 少t铁素体， 奥氏体 呈往状晶 分布; 存在极少f 0 .3 - 左右气孔。 3 0 4 h侧: 细小的破化物顺粒沿晶界周围弥散析出，晶内李晶特 征明显，三叉晶界处极易漫蚀， 低倍下类似多边形孔 洞。 焊缝: 奥氏体+ 少妞顺粒状碳化物+ 少妞 铁索体， 奥氏体呈往状晶分布; 存在极1 盈0 . 3 - 左右气孔。3 0 4 h侧: 细小的a 化物顺粒沿晶界周围弥散析出， 晶内孪m 特征明显， 三叉晶界处极易授蚀， 低倍t 类似多边形孔洞。 常沮力学性能a :5 0 4 mp a a s : 2 9 2 mp a 6 1 0 : 1 7 % a k : 4 9 j / c m o :5 i i m p a o s ;2 9 1 m p a 8 1 0 : 1 3 % a k : 4 8 j / c r a 高沮力学性能( 5 4 1 -c)a : 2 8 8 mp a a s : 6 5 : 1 5 % a k : 6 9 j / c m a : 2 7 2 mp a o.: 8 5 : 1 4 % a k :9 0 j / c m 硬度值 h b焊缝:1 9 0 热形响区: 限2 侧 ) 1 7 7 ; ( 3 0 4 h侧 ) 2 1 0 焊缝: 1 8 6 热影响区: (t 2 2 侧) 1 7 6 ; ( 3 0 4 h侧) 2 0 4 同时， 抽查了2 1 0 只异种钢焊口， 经射线拍片未发现裂纹等缺陷。 4 综合分析 4 . 1 材质为s a 2 1 3 - 7 2 2 管子 4 . 1 . 1 金相组织 s a 2 1 3 - 7 2 2 钢属贝氏 体