季 偉 牟永田 李 梅/通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司

火電機(jī)組P91鋼的金屬監(jiān)督

季 偉 牟永田 李 梅/通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司

P91鋼是一種成熟、穩(wěn)定、性能良好的管道用鋼，其除了具有優(yōu)良的常溫、高溫力學(xué)性能外，還具有F12和TP347等高合金熱強(qiáng)性相接近的抗氧化能力，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)金屬監(jiān)督工作非常重要。

金屬監(jiān)督；焊接控制；無損檢測(cè)；硬度檢測(cè)

前言

隨著我國裝備制造業(yè)水平的提高，已具備承擔(dān)超超臨界火電機(jī)組四大管道的能力，但是新建電廠應(yīng)用國產(chǎn)化四大管道的情況現(xiàn)在還不普遍，大多還依賴進(jìn)口。發(fā)展超超臨界機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)是金屬材料耐高溫、高壓及焊接和熱處理問題。高端材料的應(yīng)用是火電二次再熱技術(shù)的重中之重，加強(qiáng)火力發(fā)電廠高溫高壓管道金屬安全監(jiān)督，實(shí)施預(yù)防為主的方針，確保機(jī)組安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化檢驗(yàn)，不斷發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷與隱患，推動(dòng)金屬安全監(jiān)督技術(shù)進(jìn)步。

一、P91鋼焊接金屬監(jiān)督的現(xiàn)狀

自1996年，原電力部電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院管道小組提出“關(guān)于我國火電廠主蒸汽管道采用P91鋼的建議”后，在火電機(jī)組中開始使用P91鋼，近20年的運(yùn)行表面，P91鋼是一種成熟、穩(wěn)定、性能良好的管道用鋼，其除了具有優(yōu)良的常溫、高溫力學(xué)性能外，還具有F12和TP347等高合金熱強(qiáng)性相接近的抗氧化能力，并具有高的導(dǎo)熱系數(shù)和低的線膨脹系數(shù)，但是P91鋼焊接性能較差，焊縫沖擊值較低，根部焊道易過燒，給焊接帶來了一定的困難，因此，如果疏于監(jiān)管，焊接位置將在后期運(yùn)行中留下很大的隱患，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)金屬監(jiān)督工作非常重要。

二、P91鋼焊接金屬監(jiān)督的要點(diǎn)

（一）正確識(shí)別P91鋼管

需要對(duì)P91的材質(zhì)證書及其相關(guān)文件資料進(jìn)行卻，以確保P91鋼管質(zhì)量。

1.P91鋼的化學(xué)成分確認(rèn)，見表1：

表1

2.確認(rèn)供貨狀態(tài)下的熱處理工藝參數(shù)

ASME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了P91正火和回火的最低溫度，正火溫度不低于1040℃，回火溫度不低于730℃。

3.確認(rèn)P91鋼的力學(xué)性能，見表2：

此外除橫向或縱向拉伸性能外，還應(yīng)進(jìn)行壓扁試驗(yàn)或彎曲試驗(yàn)。按照ASME的要求，對(duì)于直徑大于NSP25及直徑和壁厚之比≤7.0的鋼管進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，以代替壓扁試驗(yàn)。

4.確認(rèn)P91鋼的金相組織

P91鋼的典型金相組織為回火馬氏體，其晶粒度為6級(jí)以上，P91正火＋回火的典型顯微組織.

（二）P91鋼焊接金屬監(jiān)督

1.焊接人員資質(zhì)的監(jiān)督

P91鋼焊接從業(yè)人員包括焊接技術(shù)人員、熱處理人員、焊工、無損檢測(cè)人員、質(zhì)量檢驗(yàn)人員等。金屬監(jiān)督過程中對(duì)焊接從業(yè)人員的資質(zhì)非常重視，在DL/T 869-2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》中明確要求各類人員需持證上崗。二十多年的運(yùn)作，行業(yè)內(nèi)也形成了一整套培訓(xùn)與考核的機(jī)構(gòu)，例如各行業(yè)、協(xié)會(huì)、檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、培訓(xùn)中心舉辦焊工資質(zhì)培訓(xùn)考核業(yè)務(wù)。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)P91鋼的焊接，應(yīng)做好上述焊接從業(yè)人員的資質(zhì)復(fù)查，確保持證上崗的同時(shí)，盡量選擇經(jīng)驗(yàn)豐富、經(jīng)驗(yàn)水平較高的施工人員，是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督的首要任務(wù)。

2.焊接過程的監(jiān)督

焊接過程的監(jiān)督是確保正確的工藝得到正確的實(shí)施，不正確的施工將嚴(yán)重影響到P91鋼焊縫的性能，焊接過程中有效監(jiān)督對(duì)保證焊縫質(zhì)量至關(guān)重要。

（1）審核焊接工藝評(píng)定，是否嚴(yán)格按照相關(guān)的工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，如電力部《焊接工藝評(píng)定規(guī)程》DL/T 868-2004。

（2）確認(rèn)焊接設(shè)備、熱處理設(shè)備及所使用的檢測(cè)工具有效且符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）在焊口預(yù)熱時(shí)，保證加熱器和熱電偶正確安裝和使用。T91/P91鋼焊接時(shí)具有明顯的冷裂傾向,為了防止冷裂紋的產(chǎn)生,焊前一般要進(jìn)行預(yù)熱.預(yù)熱溫度一般鎢極氬弧焊為150℃～200℃,焊條電弧焊為200℃～250℃.

（4）焊接材料符合工藝要求，預(yù)熱溫度及焊接工藝參數(shù)如電流、電壓、焊接速度、熱輸入等符合工藝要求。焊接時(shí)層間溫度過高，會(huì)造成焊縫組織粗大，焊縫中奧氏體量增加，馬氏體量減少,馬氏體“自回火”的作用不顯著，最終導(dǎo)致焊縫組織脆性增加。層間溫度過低,會(huì)增加產(chǎn)生冷裂紋的風(fēng)險(xiǎn)，也不利于焊縫金屬中氫的擴(kuò)散逸出。因此，對(duì)焊接層間溫度要進(jìn)行控制，一般為200℃～300℃。同樣,焊接熱輸入量過大也會(huì)造成焊縫組織過熱、晶粒粗大及網(wǎng)狀晶界等缺陷導(dǎo)致焊縫脆化，韌性變差，因此要嚴(yán)格控制焊接熱輸入量，一般控制在25KJ/cm以下。影響焊接熱輸入量的因素較多，但直接決定焊接熱輸入量的因素是焊接電流，電弧電壓和焊接速度這三個(gè)焊接參數(shù)。

（5）確保焊后熱處理的執(zhí)行情況符合工藝要求。T91/P91鋼焊后進(jìn)行760±10℃高溫回火熱處理，主要作用是降低焊接接頭殘余應(yīng)力，獲得中、高溫回復(fù)狀態(tài)的板條馬氏體組織。由于這種鋼對(duì)焊接熱處理敏感，它的理論AC1溫度在800℃～830℃之間，其下限距標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱處理溫度上限比較接近，熱處理過程的允許偏差就有可能超過鋼材的AC1溫度。另外,焊接材料的性能往往懸殊很大，特別是AC1溫度差別很大，如日系T91/P91焊材的AC1溫度在770℃左右,如按760±10℃熱就有可能超過焊縫金屬的AC1溫度。當(dāng)焊后熱處理溫度超過AC1溫度時(shí)，其室溫沖擊韌性將急劇下降，滿足不了焊接接頭性能的要求，這在實(shí)際監(jiān)檢過程中是要特別注意的地方。

（三）焊接后的檢驗(yàn)

焊縫質(zhì)量按I類焊縫的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)容及要求為：

1.外觀按DL/T869—2004《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》,I類焊縫外觀的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收；對(duì)P91鋼焊接接頭內(nèi)部缺陷的檢測(cè)優(yōu)先選用超聲檢測(cè)，對(duì)于檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的微小缺陷，要逐一進(jìn)行鑒別，在此類鋼種的焊接缺陷中，面積狀未熔合和裂紋出現(xiàn)的幾率比較高，而且在接頭壁厚較大，但每一種無損檢測(cè)的方法都是有其局限性的，最好由射線檢測(cè)進(jìn)行輔助。

2.T91/P91鋼焊后熱處理狀態(tài)下焊縫金屬、熱影響區(qū)和母材的硬度關(guān)系一般為：焊縫硬度高于母材硬度，最高硬度在緊靠焊縫金屬焊接界面的粗晶熱影響區(qū)，最低硬度在遠(yuǎn)離焊接界面?zhèn)鹊募?xì)晶熱影響區(qū)。在實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)，一般采用便攜式硬度計(jì)對(duì)硬度進(jìn)行測(cè)試，考慮到儀器探頭的尺寸，要測(cè)試狹窄的熱影響區(qū)并不容易（手工電弧焊約為3～8mm）。即使能測(cè)到熱影響區(qū)的一些數(shù)據(jù)，也很難分辨粗晶區(qū)和細(xì)晶區(qū)，實(shí)際意義不大。最直接的方法就是只測(cè)焊縫和母材的硬度。DL/T438-2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》明確焊接接頭硬度檢測(cè)部位包括焊縫和近縫區(qū)的母材，這更便于實(shí)際操作。應(yīng)控制焊縫硬度值在180HB～270HB，直管段母材硬度值在180HB～250HB。這樣就能滿足沖擊功41J的最低值要求，也使硬度檢驗(yàn)真正反映熱處理效果的作用。

三、結(jié)束語

目前，在大型火電機(jī)組中采用T91/P91鋼，如在在屏式過熱器、高溫過熱器、高溫再熱器及其連接管道和集箱,主蒸汽管道及再熱蒸汽熱段管道等受壓部件都有了廣泛的應(yīng)用，對(duì)這些受壓部件安裝焊接質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)檢，并明確焊接、熱處理、硬度檢驗(yàn)及金相檢驗(yàn)等幾個(gè)安全質(zhì)量控制環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵技術(shù)問題，對(duì)于控制焊接質(zhì)量，保障鍋爐安裝質(zhì)量及機(jī)組安全運(yùn)行有重要意義。

[1]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)主編，焊接手冊(cè)[第二卷]第1版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[2]NDT全國特種設(shè)備無損檢測(cè)人員資格考核統(tǒng)編教材，中國特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會(huì)組織編寫。超聲檢測(cè)。北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008。

[3]美國無損檢測(cè)學(xué)會(huì)。美國無損檢測(cè)手冊(cè)（超聲卷）。世界圖書出版公司，1996。

[4]中華人民共和國能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)主編。承壓設(shè)備無損檢測(cè)。北京：新華出版社，2015。

[5]金屬學(xué)與熱處理[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社。

[6]焊接冶金與金屬焊接性，北京：機(jī)械工業(yè)出版社。