超(超)临界机组P92钢材的焊接工艺评定.ppt
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1、超(超)临界机组P92钢材的焊接工艺评定,主要内容,概述 P92钢焊接工艺评定的要点,超(超)临界机组P92钢材的焊接工艺评定,1.1 P92钢的化学成份、性能特点 为了提高机组的运行效率,火电机组运行参数(蒸汽、压力)和机组容量在不断增加,从而对耐热钢提出了更为苛刻的要求,所以世界主要发达国家都在致力于更高强度材料的开发。从10CrMo910耐热钢到具有更高蠕变强度的钢材EM12、X20CrMoV121(F12)、T/P91等都在全球许多大容量电厂得到较好应用。然而,这些钢材的使用温度都不能超过600。 由于更高的蒸汽参数温度超过600的超超临界机组的需要,在T/P91合金成份的基础上,新日
2、本制铁用(1.52)W代替了部分的Mo,添加适量的B,得到一种改进型的T/P92钢,并被列入ASME规范。T/P92钢一般供货状态为(10401080)温度正火,(750780)回火,组织为回火马氏体。由于P92钢中W、Mo固溶强化和V、Nb、B碳氮化物沉淀强化的作用,该钢较包括T/P91、F12在内的(912)%Cr钢,表现出更高的抗蠕变断裂强度性能,其在600的蠕变强度提高了近30。 T/P92钢在1995年和1996年分别被纳入ASTM和ASME标准,随后相继纳入各个国家标准。 T/P92钢在ASME标准中所列有:热轧管SA335P92、SA213T92和锻件SA182F921。ASTM
3、规定了T/P92钢材的化学成份、力学性能及物理性能分别见表1、表2和表3。,超(超)临界机组P92钢材的焊接工艺评定,表2 P92钢室温主要力学性能(ASTM SA335),表1 T/P92钢的化学成份(质量分数),超(超)临界机组P92钢材的焊接工艺评定,表3 T/P92钢的主要物理性能,超(超)临界机组P92钢材的焊接工艺评定,P92钢的连续冷却转变曲线如图1所示,其AC1、AC3的温度随着升温速度的不同而变化,分别为(800835)和(900920)2。,图1 P92耐热钢的连续冷却转变曲线(CCT)2,超(超)临界机组P92钢材的焊接工艺评定,1.2 焊接性分析 P92钢在合金成份上进
4、一步降低了C、S、P的含量,采用IIW推荐的焊接性估算公式已经不适用。P92钢的强化方式除了通过固溶强化和沉淀强化外,还通过微合金化、控轧及控冷,获得高密度位错和高度细化的晶粒来提高材料的强度和韧性。由于含碳量低、洁净度高,较F12钢其焊接性不算太差。焊前预热温度明显降低,对于壁厚50mm的焊件,甚至可以焊后冷却到室温3。但是由于焊接熔池小冶金的特点,使得焊缝成份存在有不均匀问题;同时,焊缝没有经历轧制过程,其组织完全为铸造组织,较之母材其性能的保证问题更加突出。这使得该钢材的焊接性问题更为复杂,需要通过控制焊接材料、焊接方法、焊接热输入、焊后热处理来实现焊缝的强韧化。目前P92钢焊接接头还存
5、在以下的问题。 1)P92钢的淬硬倾向 P92钢导热性较碳钢差,焊接残余应力较大,焊接过程的热循环作用下会出现硬脆的马氏体组织,如果焊接接头刚度过大或焊接过程中含氢量又较高,有可能产生冷裂纹。因此,必须采取措施减小构件刚性并严格限制氢的来源。,超(超)临界机组P92钢材的焊接工艺评定,2)P92钢焊接热影响区的软化 P92钢焊接时其热影响区(鉴于焊缝的多层多道焊接,热影响区似乎应该被广义地理解)中承受的温度在AC1AC3之间的不完全正火区的金属会发生部分奥氏体化。处于这些温度区间的金属的沉淀强化相不能完全溶解,在随后的热处理过程中未溶解的沉淀相发生粗化,从而造成这一区域材料的强度降低,形成软化
6、区。情况恶劣时会在软化区会出现裂纹,降低蠕变强度。 焊接热影响区的软化程度与所用的焊接规范有关,还包括预热、焊后热处理等。焊接热输入大,软化区宽。因此焊接时应严格限制焊接热输入。 3)P92钢焊接接头的脆化,超(超)临界机组P92钢材的焊接工艺评定,焊缝温度过低或焊缝熔池金属流动性较差时,焊缝金属将出现成份不均匀问题,即引起的偏析;以及焊缝熔池温度过高造成焊接接头过热区晶粒粗大,都会引起脆化。焊接接头在经受焊接热循环的高温时,尤其是过热区温度超过1100,晶粒长大较快。焊接热输入量大,这类细晶粒钢焊接接头脆化倾向的更为严重,因此焊接时应严格控制焊接热输入,同时还必须保证焊缝熔池的合金尽可能均匀
7、。 此外,P92钢合金成份含量较高,在空气中冷却可形成粗大马氏体,这是导致脆化的另一个原因。控制适当的焊缝冷却时间:800到500(t8/5),还可以减少接头的扩散氢含量。,超(超)临界机组P92钢材的焊接工艺评定,1.3 与相关标准的衔接 钢管的性能指标应该由供货商提供,并与ASME标准对照。焊接工艺评定应该根据国内电力行业标准,同时兼顾其他相关标准的要求。,P92钢焊接工艺评定的要点,2.1 焊接工艺评定的目标及适用范围 必须根据电厂主蒸汽管道的钢材配置情况,按照管道工厂化制作和现场焊接工程施工的工艺需要,来设定所需进行的焊接工艺评定方案。以现场(含管道工厂化制作所需进行的非自动焊)施工过
8、程中得到性能优良的焊接接头为目标。 为符合相关标准的要求,工艺评定方案在实施过程中应有管道配置单位、现场安装施工单位分别参加在各自单位进行的相应工作,并根据评定结果及时转化为本单位焊接作业指导书和焊接工艺卡,用于指导施工。 2.2 焊接工艺评定依据 焊接工艺评定工作的依据主要为DL/T868焊接工艺评定规程、DL/T869火力发电厂焊接技术规程、DL/T819火力发电厂焊接热处理技术规程、DL/T821-2002钢制承压管道对接焊焊接接头射线检验技术规程等规程规范。 还应该参照JB4708钢制压力容器焊接工艺评定、JB4730-1994压力容器无损检测、ASME II 材料 C篇焊条、焊丝及填
9、充金属、GB5118-1995低合金钢焊条等国家有关规范、标准和企业技术要求以及钢管生产企业提供的钢管手册。,2.3 焊接接头性能指标的确定 按照DL/T869的规定,要求焊缝金属的化学成份和力学性能应与母材相当或不低于母材相应规定值的下限。按照相关资料介绍,材料的各项性能指标如下表1所示:,注* :V&M资料图表显示,在室温下管材冲击韧性指标为180J/cm2,折合吸收功为144J。 *:V&M资料显示,在氩弧焊+手工电弧焊的条件下,焊缝金属最低冲击吸收功折合数据为28.5J,焊缝热影响区最低冲击吸收功折合数据为49.3J。所列3种焊接材料是为了进行材料选择。,P92钢焊接工艺评定的要点,鉴
10、于目前国内还没有相应的国产焊接材料,焊接工艺评定只能考虑使用进口的焊接材料。以上资料中显示的母材与焊接材料的各项性能指标,全部由相应的厂家或供应商提供,所列数据均为保证值。据此,焊接接头的各项性能指标,在焊接材料选定之前,只能按照最低保证值确定。方案中只安排了焊缝中心的冲击性能试验。 2.4 焊接接头形式、材料规格的确定 按照DL/T868的规定,管状对接焊缝试件评定合格的焊接工艺适用于板状对接焊缝和角焊缝。评定主要针对某厂主蒸汽管道的焊接,采用接头形式为对接,可适用于相应的板状对接和角焊缝。,P92钢焊接工艺评定的要点,根据某厂管道招标技术文件,某厂的P92管道规格,如下表2所示:,表列数据
11、显示,某厂P92主蒸汽管道所涉及的管道壁厚规格为5372毫米,是否还有更小规格的管材尚未见到资料。根据以上规格,按照DL/T868的规定,本次工艺评定建议选用评定试件厚度为40mm的P92钢管,管径规格由商务确定。建议外径为355毫米(如果更大,则填充焊接层数作相应调整)。本方案按照DO 355mm40mm的规格确定工艺实施方案。,P92钢焊接工艺评定的要点,选用母材=40mm的试件,适用焊件厚度的范围为下限值为30mm,上限值不限。 对于焊缝金属来讲,=40mm试件,依照不同的焊接方法,各方法评定焊缝金属厚度的适用范围是:(0.752)倍,选用40mm的试件,可适用的焊件焊缝金属厚度范围为下
12、限值为30mm,上限覆盖40mm以上所有厚度。管径的评定适用于焊接管子外径的范围为:下限0.5DO,上限不规定。某厂管道用P92钢的管径和厚度尺寸均分别大于177mm和30mm,因此评定试件的材料规格选用DO355mm40mm的管道可以满足某厂主蒸汽管道焊接的需要。如出现超范围的更小规格的管道的焊接工艺评定应该另行安排。 2.5 焊接方法、位置 依据DL/T869,高温高压管道及其旁路焊接施工的根部焊接采用钨极氩弧焊(GTAW)焊接方法,其它焊道选用焊条电弧焊(SMAW)焊接方法。 鉴于某厂主蒸汽管道存在国内工厂化配管的环节,故在焊接方法选择上存在选择埋弧焊(SAW)的可能性,本方案同时编制了
13、进行GTAW+SMAW+SAW三种焊接方法组合评定的实施内容。 按照DL/T868的规定,对管状45固定焊(6G)进行焊接工艺评定可适用于管状焊件的所有焊接位置,因此为有利于现场焊接施工,评定焊接位置选择6G;对于工厂化配管采用埋弧焊方法的情况,评定焊接位置选择为5G(水平固定)+1G(水平转动)。,P92钢焊接工艺评定的要点,2.6 焊接材料的选用 为了开展P92钢的焊接工艺评定工作,必须解决采用什么焊接材料的问题。目的是基于对三种不同厂家P92钢焊接材料熔敷金属的化学成份、金相组织、力学性能、转变温度和焊接材料施焊工艺性能试验分析结果,最终在三者间选取相对理想的焊接材料,选取焊接材料的依据
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