新型奥氏体耐热钢的焊接

超（超）临界锅炉用钢及焊接技术协作网第三次论坛大会论文集 新型奥氏体耐热钢的焊接 窦怀武 1 李建伟 1 张希仓 2 （1.国电靖远发电有限公司，甘肃 白银 730919；2.国投钦州发电公司,广西 钦州 535008；） 摘 要：本文针对目前高参数、大容量、高效率机组的快速发展，概述了600MW—1000MW级一次再热的超（超）临界机 组锅炉末级过热器、再热器所用钢材的要求， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了末级过热器、再热器选用的TP347HFG和HR3C钢的焊接性。提出了 此类新型奥氏体耐热钢焊接时的主要技术难点及解决思路。 关键词：超（超）临界机组；奥氏体耐热钢；焊接 1 简介 超超临界机组的出现提高了火电机组的效 率,减少了有害气体的排放,是目前电力发展的 必然趋势。温度、压力等运行参数的提高对锅炉 钢材工艺性能、力学性能、使用性能的要求更高， 一 些 新 型 的 奥 氏 体 耐 热 钢 （ 如 Super304H,TP347FG,HR3C）也相继被研发并且 采用。由于奥氏体耐热钢热传导性差、热膨胀系 数大，虽然给加工制造带来了一些困难，但是其 具有良好的抗氧化性能，可以保证较高的使用温 度，从而成为超超临界机组末级过热器、再热器 用钢的必选材料。这些钢的合金含量均大于10%， 给焊接带来一定的困难。为了保证焊接接头和母 材具有较佳的匹配性，焊接材料的选取也必须为 奥氏体焊接材料。本文通过超（超）临界机组的 建设监理、运行维护主要介绍了所接触的锅炉过 热器、再热器用钢焊接接头的性能及焊接性分 析。 2 新型奥氏体耐热钢的焊接性分析 2.1 末级过热器、再热器用钢— Super304H、 TP347HFG和HR3C的焊接性 （1）Super304H是TP304H的改进型，添加了 3%Cu和0.4%Nb获得了极高的蠕变断裂强度，在 600-650℃时许用应力比TP304H高30%，被列为 18Cr-8Ni型奥氏体不锈钢之首，这一高强度是奥 氏体基体中同时产生NbCrN,Nb (N,C),M23C6和 细的富铜相沉淀强化的结果。运行2.5a后的性能 试验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明该钢的组织和力学性能稳定，而且价格 便宜，是超超临界锅炉过热器、再热器的首选材 料。 （2）TP347HFG钢是通过特定的热加工和热 处理工艺得到的细晶奥氏体耐热钢。虽然TP347H 钢在高温下正常化固溶处理，其许用应力在 18Cr-8Ni钢中最高，然而，高的固溶温度使这种 钢产生粗晶粒结构，导致蒸汽侧抗蒸汽氧化能力 降低。现已开发出一种TP347H钢管晶粒再细化工 艺。此工艺即使在较高的固溶处理时也能获得细 晶粒，晶粒的细化是通过在固溶处理工艺中碳化 妮的沉淀来完成的。通过这个工艺处理的管子不 但有极好的抗蒸汽氧化性能，而且比TP347H粗晶 钢的许用应力高20%以上。TP347HFG钢的应用对 降低蒸汽侧氧化是一个有前途的对策，已被广泛 应用于超超临界机组锅炉过热器、再热器管。 （3） HR3C( 25 C r-20Ni-Nb-N)钢是日本住 友金属命名的钢牌号，在日本JIS 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的材料牌号 为SUS310JITB，在ASME标准中的材料牌号为 TP310NbN，HR3C钢是TP310耐热钢的改良钢种， 通过添加元素铌(Nb)和氮(N)使它的蠕变强度提 高到了181 MPa，正是由于该钢种的综合性能较 之 TP300 系 列 奥 氏 体 钢 中 的 TP304H,TP321H,TP347H和TP316H的任何一种 都更为优良，所以，在TP347H耐热钢乃至新型奥 氏体耐热钢Super304H和TP347HFG钢不能满足 向火侧抗烟气腐蚀和内壁抗蒸汽氧化的工况下， 应选用HR3C钢。过热器、再热器在高参数锅炉中 所处的环境条件最恶劣，其所用钢材在满足持久 强度、蠕变强度要求的同时，还要满足管子外壁 抗烟气腐蚀、飞灰冲蚀性能、管子内壁抗蒸汽氧 化性能，并具有良好的冷加工工艺性能和焊接性 能。过热器、再热器管的金属壁温比蒸汽温度高 出25℃~39℃(我国规定为50℃)。在605℃/603℃ 的蒸汽参数下，末级过热器、再热器和炉膛屏式 过热器的外圈管选用Super304H或TP347HFG为 宜，在腐蚀性大的高温区则应采用抗腐蚀性和抗 氧化性能更好的HR3C。但在管排的低温区域可 以选用新型铁素体耐热钢，如T23,T91,T92,T122 等。 446 ????? www.bzfxw.com ???? This is trial version www.adultpdf.com 超（超）临界锅炉用钢及焊接技术协作网第三次论坛大会论文集 3 新型奥氏体耐热钢焊接性分析 3.1 晶间腐蚀倾向 晶间腐蚀是奥氏体耐热钢一种及其危险的 破坏形式。一般沿晶开始腐蚀，从表面上看，一 般不易发觉，但它使成压管道焊接头的力学性能 显著下降和容易发生早期破坏。在碳质量分数高 于0.02%的奥氏体不锈钢中，碳与铬能生成碳化 物（Cr23C6）。这些碳化物高温淬火时呈固溶态 溶于奥氏体中，铬呈均匀分布，使合金各部分铬 质量分数均在钝化所需值，即12%Cr以上。合金 具有良好的耐蚀性。这种过饱和固溶体在室温下 虽然暂时保持这种状态，但它是不稳定的。如果 加热到敏化温度范围(500～850 ℃)内，晶界上 就会形成敏化组织即晶界上析出的连续的、网状 的碳化物（Cr23C6），铬便从晶粒边界的固溶体 中分离出来。由于铬的扩散速度缓慢，远低于碳 的扩散速度，不能从晶粒内固溶体中扩散补充到 边界，因而只能消耗晶界附近的铬，造成晶粒边 界贫铬区。贫铬区的含铬量远低于钝化所需的极 限值，其电位比晶粒内部的电位低，更低于碳化 物的电位。贫铬区和碳化物紧密相连，当遇到一 定腐蚀介质时就会发生短路电池效应。该情况下 碳化铬和晶粒呈阴极，贫铬区呈阳极，迅速被侵 蚀。而在实际焊接过程中经过测量发现，焊接接 头往往在400℃~550℃这个温度区间停留的时间 最长，应对475℃多加关注脆性问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 3.2 应力腐蚀裂纹倾向 应力腐蚀裂纹是应力和腐蚀联合作用引起 的一种低应力脆性裂纹。奥氏体不锈钢线膨胀系 数大，导热性差，在结构复杂、刚度较大的情况 下，焊接变性受到约束，焊后构件特别是焊接接 头存在较大的焊接残余应力，而奥氏体不锈钢存 在晶间腐蚀和介质的全腐蚀，满足了产生应力腐 蚀裂纹充要条件，从而使奥氏体不锈钢产生应力 腐蚀裂纹的倾向大。一般晶间应力腐蚀裂纹最常 见，晶内和晶间/晶内混合不常见。 应力腐蚀裂纹的形态特征具有垂直性和多 源性。垂直性是宏观的应力腐蚀断裂，裂纹基本 上垂直于拉应力，无塑性变形，具有脆性断裂裂 缝的特点。多源性是在一个显微视场内常可看到 多条裂缝，裂缝呈很多“之”字型分枝、裂缝尾 部较尖。有时在裂源处还可发现小的腐蚀凹坑， 且裂缝大多数是穿晶型的。当晶内强度小于晶界 强度时，裂纹往往以穿晶扩展为主，反之以沿晶 扩展为主。但当应力较低时，而晶界产生腐蚀， 那么即使晶内强度小于晶界强度，也会产生沿晶 裂纹。 3.3 热裂纹倾向 热裂纹主要有结晶裂纹和液化裂纹两种形 式，结晶裂纹是结晶后期，由于低熔点共晶形成 液态薄膜消弱了晶粒间的联系，再拉应力作用下 发生开裂的裂纹；液化裂纹是指近缝区或多层间 部位在热循环的作用下金属重新熔化，在拉伸力 的作用下，沿奥氏体晶界开裂的裂纹。 3.4 疲劳裂纹倾向 由于机组的频繁启停，容易在设备的高应力 区域出现疲劳裂纹，此裂纹很难被发现，危害性 极强。焊接接头存在缺陷（气孔、夹渣、夹钨、 未熔合）的区域附近容易出现此裂纹。 此外还有焊接接头的时效和Ó相脆化、安装、 检修时异种钢的焊接、管座角焊缝的焊接及检验 等技术难点。 4 新型奥氏体耐热钢焊接技术难点 的解决思路 （1） 在焊接工艺上，选择线能量集中的焊 接方法，或尽可能降低焊接规范，控制层间温度， 加快却速度，缩短敏化温度区停留时间。 （2）设计合理的焊接接头。尽可能减少焊缝 的数量，合理布置焊缝的位置，避免十字交叉焊 缝。 （3）为提高焊缝的抗热裂性能和耐蚀性能， 焊接时，要特别注意焊接区的清洁，避免有害元 素渗入焊缝。业主、设计、制造、安装、运行和 科研等单位应加强技术协作。 （4） 材料选择合适，结构设计合理，避免产 生应力集中和结构缝隙。 （5）新型奥氏体耐热钢的常温、高温性能及 其焊接接头服役后组织、性能的变化规律及寿命 评估。 （6） 尽可能减少加工、焊接以及组装、安装 中因弯头张角变化引起的附加应力。 （7） 尽量减少因冷变形和焊接产生的残余应 力以及零件表面附着物的形成。 （8） 合理采用焊接工艺。采用短段焊道施焊， 447This is trial version www.adultpdf.com 超（超）临界锅炉用钢及焊接技术协作网第三次论坛大会论文集 逆向焊接方法。合理安排各焊道的焊接次序。 （9） 焊后热处理温度在敏化区内或工件在敏 化区温度的停留时间过长，会引起晶间腐蚀，必 须引起注意。 5 结论 电站高温焊接接头的完整性对于电站的安 全运行有着重要的影响，由于焊接接头的组织性 能不均匀，从而导致在运行过程中，产生应力的 再分配使得焊接接头早期失效。 （1）焊接接头的热影响区性能较差、相对来 说它们也是危险缺陷的多发地带。 （2）焊接时焊接接头中有晶间腐蚀、应力腐 蚀、热裂纹以及焊接接头的时效和相脆化、安装、 检修时异种钢的焊接等主要问题。 参考文献 ［1］范长信，张红军，周荣灿，董雷.【超超临界机组锅炉用新 型耐热钢的焊接】.电力设备，2006.04期 ［2］杨富.【新型耐热钢的焊接】.中国电力出版社，2006. 作者简介 窦怀武，1971年7月15出生，甘肃兰州人，现国电靖远发电有限 公司生产技术部金属监督工程师、焊接高级技师。专业领域：生 产检修。地址：甘肃白银市平川区国电靖远发电有限公司生产技 术部。邮编：730919。电话：13893004512（手机）；0943-6732729 （ 办 公 室 ）。 传 真 ： 0943-6732301 。 E-mail ： douhuaiwu12345@163.com 448 ????? www.bzfxw.com ???? This is trial version www.adultpdf.com