劉磊

摘 要：SA-182F91作為常見的馬氏體型耐熱鋼鍛件材料，現(xiàn)如今被大量設(shè)計(jì)和應(yīng)用于裝機(jī)容量600MW、1000MW的電站高壓管道制造，到場安裝質(zhì)量的合格與否直接影響著電站機(jī)組安全服役狀態(tài)。因其具有復(fù)雜的焊接與熱處理工藝特點(diǎn)，常被現(xiàn)場各級(jí)專業(yè)管理人員密切跟蹤，各參建方重視程度普遍較高。本文通過對(duì)某大型超超臨界百萬機(jī)組一級(jí)過熱器減溫器手孔裝置安裝過程進(jìn)行“復(fù)盤”，來還原安裝現(xiàn)場所出現(xiàn)的高合金鋼管件硬度、金相組織異常的影響因素，分析與研究應(yīng)對(duì)此類質(zhì)量缺陷所需的關(guān)鍵控制程序。

關(guān)鍵詞：超超臨界機(jī)組;SA-182F91;質(zhì)量缺陷;控制程序

1 前言

從事電站高溫高壓管道安裝作業(yè)的管理者若對(duì)質(zhì)量影響因素掌握不全，亦或是未預(yù)先加以辨識(shí)和控制，勢(shì)必會(huì)為后續(xù)施工埋下質(zhì)量隱患，同時(shí)也會(huì)給質(zhì)量問題出現(xiàn)后的分析與排查工作造成屏障。本文主要敘述高合金鋼管件出現(xiàn)母材硬度偏低的質(zhì)量問題之后，是如何對(duì)有效的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行提取以及組織分析工作，最終確定的重要SA-182F91質(zhì)量影響因素的現(xiàn)實(shí)意義，經(jīng)各方努力最終圓滿完成缺陷處理所付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。所述內(nèi)容可供具有相同安裝經(jīng)歷的單位或個(gè)人借鑒參考，提高對(duì)此類質(zhì)量問題的防控能力。

2 質(zhì)量問題簡析

所描述模型來源于某大型百萬兆瓦超超臨界機(jī)組，在π型鍋爐布局下的一、二級(jí)減溫器均布置于前爐膛頂棚上方且呈左右對(duì)稱布置。安裝時(shí)正值初夏，平均環(huán)境溫度25℃以上，施工前后并未有降雨，在對(duì)焊后熱處理的4只手孔裝置焊縫進(jìn)行無損檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)母材均存在不同程度的硬度偏低情況，由此引起專業(yè)技術(shù)管理人員高度關(guān)注，在對(duì)母材組織進(jìn)行金相分析得到了異常馬氏體組織結(jié)果，遂向上級(jí)匯報(bào)并同步展開缺陷調(diào)查，分析推斷導(dǎo)致問題發(fā)生的關(guān)鍵點(diǎn)，后經(jīng)過甲方、廠方、監(jiān)理方、施工方等多方驗(yàn)證，最終做出更換處理決定，詳見下表所示：

2.1 管道安裝信息

供檢查使用的手孔裝置位于減溫器主管道正上方，減溫水管座則與其成90°以水平方式布置（圖1.b、圖1.c），主管道（Φ559×105、Φ610×100）焊口距離2個(gè)接管座外壁距離分別為210mm、90.5mm（圖1.a），另外一端則通過小段直管分別與集箱彎頭或三通相連接。該系統(tǒng)的安裝順序是減溫器定位無誤后，通過過熱器連接管分別將其與一、二級(jí)過熱出口集箱安裝焊接，主管連接完畢后再對(duì)減溫水管道（Φ219×45/SA-335P91）進(jìn)行安裝，當(dāng)前序工作結(jié)束后組織對(duì)集箱內(nèi)部清潔度檢查，無誤后對(duì)端蓋進(jìn)行封焊。

管道組對(duì)的坡口清理、水平度與間隙調(diào)整等查驗(yàn)無誤，現(xiàn)場焊接采用的是直流逆變式焊機(jī)（含高頻），采用帶背氬保護(hù)的氬電聯(lián)焊方式進(jìn)行焊接，所使用的E9015-B9焊條直徑均為3.2mm以下，預(yù)熱狀態(tài)有效、隨檢層溫?zé)o異常，焊后冷卻至100℃左右開始進(jìn)行低保、高溫回火等熱處理工藝實(shí)施，溫度曲線記錄與工藝卡要求相符。

2.2 熱處理工藝信息（以二級(jí)為例）

2.2.1 減溫器主管

在對(duì)主管進(jìn)行熱處理時(shí)，已考慮焊口附近管座等異形件會(huì)存在加熱冷偏效應(yīng)，故在焊縫中心線兩端的功率分配上有所不同，即焊縫左側(cè)的加熱器越過焊縫中心將環(huán)焊縫緊密包覆的功率約為32kW，右側(cè)在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)有效加熱功率為34.25kW，多出的2kW主要是針對(duì)管座散熱補(bǔ)嘗，減弱對(duì)稱中心兩端溫度梯度差距。

主管吊口焊縫熱處理過程中設(shè)置了4個(gè)溫控區(qū)，分別位于“0、3、6、9”點(diǎn)時(shí)鐘方向，詳細(xì)加熱器布置如下圖所示：

其中，主管焊縫熱處理加熱功率分布情況：“控溫區(qū)1”內(nèi)加熱器功率為20kW、“控溫區(qū)2” 內(nèi)加熱器功率為10kW 、“控溫區(qū)3” 內(nèi)加熱器功率為21.5kW、“控溫區(qū)4”內(nèi)加熱器功率10kW，加熱器規(guī)格有430*540、380*250、80*250、1050*230。為確保厚壁主管道馬氏體轉(zhuǎn)變完全，參考焊材熔敷金屬材料特性，確定高溫回火溫度760±5℃、升降溫60℃/h、恒溫8h。

2.2.2 接管座與端蓋

位于主管上的減溫水接管座形狀規(guī)則且引出段較長，現(xiàn)場安裝焊縫剛好能夠處于加熱區(qū)中心，且同位置其他減溫器接管座焊縫與母材經(jīng)檢驗(yàn)均無異常。

端蓋由于是異形變徑結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場采用了繩狀與片狀加熱器結(jié)合方式對(duì)端蓋安裝焊縫進(jìn)行了熱處理，主要是接管座采用5kW繩狀加熱纏繞，端蓋環(huán)焊縫采用5kW（530*200）片狀加熱器環(huán)繞固定，考慮管件規(guī)格差異性，升降溫速度以管座壁厚為主，達(dá)到恒溫溫度后恒溫時(shí)間以端蓋焊縫壁厚為主，即2h。上下加熱器同處1個(gè)加熱區(qū)，控溫點(diǎn)位于管座豎向中心。

2.3 質(zhì)量缺陷情況

在安裝焊接與熱處理工作結(jié)束后，檢測人員通過對(duì)端蓋焊縫進(jìn)行光譜分析、超聲波檢測和硬度檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)母材硬度存在異常，后對(duì)其他3個(gè)已施工完畢的手孔裝置進(jìn)行復(fù)測，結(jié)果大致相同，后經(jīng)甲方金屬實(shí)驗(yàn)室人員、廠家技術(shù)代表到場測量與擴(kuò)檢，各方數(shù)據(jù)信息一致。這里僅列舉其中一組來簡要說明缺陷分布情況，如下圖所示：

上述數(shù)據(jù)來源于G&R（HT-1000A）便攜式里氏硬度計(jì)現(xiàn)場測量，其中主管道焊縫硬度值在206HB-226HB，符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，焊縫中心兩端近縫區(qū)母材硬度最大偏差約27HB;接減溫器管段和遠(yuǎn)離減溫器管座的硬度均為200HB以上;由主焊縫、兩個(gè)管座焊縫構(gòu)成的三角區(qū)域母材硬度相對(duì)較低，平均188HB左右;減溫水管座及其焊縫（廠家）硬度正常，為220HB以上;手孔裝置及其焊縫（廠家）、端蓋硬度低至165HB，與規(guī)范規(guī)定下限180HB差距較大，但現(xiàn)場焊縫硬度正常。對(duì)硬度異常的端蓋和管座母材進(jìn)行金相組織取樣如下圖所示：

手孔裝置中端蓋與管座的馬氏體組織特征形態(tài)（板條）已消失，并伴有點(diǎn)狀的滲碳體析出，只能評(píng)判為異常馬氏體組織。硬度與金相均不合格，是不能用于高溫高壓介質(zhì)輸送管道的，因主管道母材硬度尚可，最終由廠家提供管道備件與工藝、施工方現(xiàn)場統(tǒng)一進(jìn)行更換。

2.4 原因調(diào)查與分析

2.4.1 過程檢測

工程項(xiàng)目當(dāng)時(shí)正處于施工高峰階段，盡管施工前現(xiàn)場已出現(xiàn)個(gè)別管道聯(lián)箱焊前硬度接近下限情況，但多為15CrMoG等低合金鋼，加之DL/T 438《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》雖規(guī)定合金部件入場要100%光譜復(fù)檢，但并沒有對(duì)高合金鋼管件強(qiáng)制要求硬度復(fù)測，且主合同并無此類技術(shù)規(guī)定要求，導(dǎo)致焊前組織狀態(tài)無從考證;另外，檢測過程中所收到的干擾因素較多，安裝焊接結(jié)束后未能及時(shí)進(jìn)行跟蹤檢測，導(dǎo)致質(zhì)量控制時(shí)效延遲，未能對(duì)循環(huán)管理工作提供保障支撐。

2.4.2 焊后熱處理

各類熱處理過程均存在熱電偶損壞或人員誤操作等導(dǎo)致焊件超溫的概率，但對(duì)本項(xiàng)目現(xiàn)場熱處理后的管件表面進(jìn)行檢查，并未發(fā)現(xiàn)過熱碳化現(xiàn)象。通過對(duì)取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化對(duì)比，相同加熱區(qū)內(nèi)存在不同硬度分布，并且呈現(xiàn)對(duì)半分割的狀態(tài)是不符合正常邏輯的，由此可推斷由于溫度失控造成的金屬組織特性改變基本不存在。出現(xiàn)焊縫硬度正常，母材硬度異常的情況則應(yīng)該從原始金屬組織的基本特性入手進(jìn)行分析。

2.4.5 設(shè)計(jì)與生產(chǎn)

本項(xiàng)目的減溫器管道管件布局結(jié)構(gòu)屬于特定設(shè)計(jì)，密集焊接布局不符合汽水管道設(shè)計(jì)規(guī)范，短程布局導(dǎo)致接管座會(huì)頻繁參與主管、減溫水管道的焊后熱處理過程中，這對(duì)馬氏體耐熱鋼并無益處，范圍會(huì)加劇蠕變強(qiáng)度的下降;另外，4枚手孔裝置（管座、端蓋）經(jīng)甲方詢問屬廠家同爐批次生產(chǎn)，與之相關(guān)的設(shè)備隨機(jī)資料（含制造、檢驗(yàn)）在建設(shè)階段并未提供給工程項(xiàng)目。管件廠內(nèi)焊接工藝控制是否存在異常情況，鋼材調(diào)質(zhì)處理利用了較低的正火回火溫度均無法查詢或證實(shí)。

3 對(duì)質(zhì)量控制的思考

施工前獲取高合金鋼管道供貨態(tài)參數(shù)對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)場高壓管道安裝工作十分必要，施工方、監(jiān)理方、建設(shè)方、廠家需共同提高對(duì)規(guī)程規(guī)范的理解，必要時(shí)應(yīng)達(dá)成檢驗(yàn)檢測深度共識(shí)。項(xiàng)目管理方應(yīng)將現(xiàn)場檢測與工程進(jìn)度平衡推進(jìn)，并建立基于循環(huán)管控的質(zhì)量監(jiān)督平臺(tái)，提前對(duì)必要非強(qiáng)制性監(jiān)督檢驗(yàn)工作進(jìn)行權(quán)重分析，按計(jì)劃實(shí)施。

4 結(jié)語

近年來，P91/P92等高合金馬氏體耐熱鋼所出現(xiàn)施工前后硬度異常、組織異常情況并非個(gè)例，筆者所經(jīng)歷了2個(gè)項(xiàng)目均出現(xiàn)過類似情況，只是稍好的情況下有對(duì)比參考，能夠快速確定是廠家還是施工方的問題。工程建設(shè)本就是多方參與的項(xiàng)目集合，通過專業(yè)化管理降低各類問題隱患，其施工經(jīng)驗(yàn)的分享也旨在共同提高行業(yè)工程建設(shè)水平。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 中國電力出版社，DL/T 438-2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》，2016年8月。

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