热处理次数对10Cr9Mo1VNbN 焊缝性能影响

2014-11-28李晓东

吉林电力 2014年6期

李晓东

（大唐长山热电厂，吉林松原 131109）

SA335P91是美国橡树岭国家实验室研发的用于电站高温、高压管道的材料，采用微合金控轧和严格控制杂质元素含量的技术，目前已广泛应用于亚临界和超临界火力发电机组主蒸汽管道、再热热段管道及高中压导汽管道，该钢在GB 5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》中钢号为10Cr9Mo1VNbN。在基建过程中，由于焊接质量不合格而经常需要对焊缝进行挖补，并对挖补部位进行热处理。

某热电厂600 MW 超临界机组采用HG－2090／25.4－HM9中间再热超临界直流锅炉，其主蒸汽管道、再热热段管道及连接管均采用10Cr9Mo1VNbN钢材料。在基建过程中，发生了多起该材质焊缝因焊接质量不合格的挖补返修。DL／T 869—2004《火力发电厂焊接技术规程》明确规定：焊接接头有超过标准的缺陷时，可采取挖补方式返修，但同一位置上的挖补次数不得超过三次，耐热钢不得超过二次（需要进行热处理的焊接接头，返修后应重做热处理）。为了保证该材质管道焊缝质量，结合基建过程中的缺陷挖补和焊缝热处理，研究了热处理次数对该材质焊缝组织和性能的影响。

1 10Cr9Mo1VNbN 钢的焊接工艺

GB 5310—2008中规定的10Cr9Mo1VNbN 钢化学成分见表1，性能指标见表2。

试验材料为屏式过热器出口到末级过热器入口的连接管道，材质为10Cr9Mo1VNbN，规格为φ168 mm×25mm，试件为2组。采用气体保护钨极电弧焊（GTAW）＋手工电弧焊（SMAW）焊接工艺，选择英国曼彻特焊材，牌号及规格为：焊丝9CrMoV－N／φ2.4mm；焊条9MV－N／φ2.5 mm、φ3.2 mm、φ4.0 mm，焊接工艺参数见表3，焊接位置为2G。

焊前将坡口表面及其每侧各20 mm 范围内的母材内、外壁以及焊丝表面的油、漆、垢、锈清理干净；检查对接管口端面与管子中心线是否垂直，对口时检查是否有错口；采用塞块进行点固，焊接工艺与本焊接工艺相同，不得有任何缺陷；氩弧焊打底层焊后应检查，并及时进行次层焊缝的焊接；焊条电弧填充焊接时，双人对焊，并逐层进行检查，检查合格后，方可焊接次层，直至焊完；填充焊接时，焊道厚度不大于所用焊条的直径，焊条摆动不大于焊条直径的3倍。

表1 10Cr9Mo1VNbN钢主要化学成分%

表2 10Cr9Mo1VNbN钢力学性能指标

表3 焊接工艺参数

2 10Cr9Mo1VNbN 钢的热处理工艺

热处理过程包括焊前预热、层间温度控制和焊后热处理，其中焊前预热、层间温度控制和首次焊后热处理采用远红外温控柜进行加热控制，其余焊缝热处理采用箱式热处理炉进行。焊前预热、层间温度控制、后热处理加热选用绳状加热器，上下各一支；热电偶根据加热器的位置布置，距离坡口边缘25mm为宜，同时要保证热电偶测温点不得裸露。

预热温度控制：GTAW为100～200℃、SMAW为200～250℃；考虑到层间温度的要求，实际控制GTAW为100～150℃、SMAW为200～210℃；层间温度控制为200～250℃，预热及层间温度选用远红处测温仪测量。

焊后热处理分成两个阶段：第一阶段是焊接完成后冷却至80～100℃，保持2h后的完全马氏体热处理；第二阶段是恒温750～770℃的焊后热处理，时间为4.5h。

在焊后热处理的基础上，对焊件进行了切片，共5片，再用箱式热处理炉对其中4片进行第二次焊缝热处理。以后每做一次焊缝热处理，焊件就少一片，直至完成。热处理工艺参数为：恒温温度750～770℃，恒温时间4.5h，升降温速度140℃／h。考虑到施工中现场存在热处理后焊缝硬度不合格现象，对首次焊接的焊后热处理恒温时间设定为3.5h。