1000MW火电机组主汽闸阀国产化用F92材料性能评定

孟宪忠　王平原

摘要：文章介绍了超（超）临界火电机组关键阀门国产化的关键因素，重点介绍了国产化主汽闸阀F92钢检验项目及内容，检验了母材、焊接试样常温和高温性能，并对检验数据与EN 10216-2：2002（2006修订）、GB5310-2008、YB/T4713-2008、新日铁、东方锅炉公司、苏州热工院等有关标准和论文数据进行了比较。

关键词：火电机组；主汽闸阀；国产化；F92材料；焊接工艺 文献标识码：A

中图分类号：TH138 文章编号：1009-2374（2016）08-0133-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.068

1 阀门关键因素

2011年河南开封高压阀门有限公司成功研制超（超）临界火电机组关键阀门国产化第二类样机，样机产品有主蒸汽电动闸阀、液动入口及出口三通阀、电动入口三通阀、高排抽汽逆止阀、一段抽汽逆止阀、小汽机排汽电动蝶阀4大类共7个品种，研制过程充分吸收了领导和各类专家的真知卓见及国内首家开发超超临界大口径阀门经验，历经方案评审、样机研制、合肥通用院第三方检测试验、验收专家组现场见证测试和专家样机鉴定阶段，样机评价结论为：研制的产品填补了国内空白，技术性能指标达到了国内领先、国际同类产品先进水平。

主汽闸阀设计参数按照依托工程南通电厂1000MW超（超）临界机组参数：设计压力为28.84MPa，设计温度：610℃，阀体等承压件材料：F92。要满足1000MW超（超）临界机组工况要求，阀门主要承压件阀体、阀盖、闸板等材料的理化性能及阀体和阀座的对焊接、密封面堆焊的性能，能否得到有效控制及达到相应标准的要求至关重要，为此我们针对F92材料的检验及焊接工艺评定做了相应的工作。本文仅从主汽闸阀F92材料的检验和焊接方面加以探讨，按照国际和国内EN 10216-2：2002（2006修订）、GB5310-2008、YB/T4713-2008等有关标准，并对照了公开发表的东方锅炉公司杨小川、苏州热工院王淦刚及华电管道分公司闫平等论文数据加以对比，佐证超（超）临界火电机组关键阀门国产化工作中关键材料研制的能力和实力。

2 F92材料检验与焊接评定

F92是由日本制钢公司首先开发研制并被ASME认可并批准的新型铁素体耐热钢，它在F91基础上添加了一定量的钨及硼，通过W-Mo复合固溶强化及B的晶界强化作用，不仅提高高温蠕变极限，而且有较高的导热系数、较低的热膨胀系数，增强部件热疲劳性能，确保机组能够更长期稳定地工作。保证F92材料性能需要通过各种指标加以佐证，其检验及验收指标包括：理化性能、金相、无损探伤；焊接工艺评定及操作守则。

2.1 F92锻钢件理化性能指标要求及检验试验数据结果

2.1.1 母材理化指标。

第一，化学成分（%）：C：0.07～013；Mn：0.3～0.60；Si≤0.50；Ni≤0.4；Cr：8.50～9.50；Mo：0.30～0.60；Nb：0.04～0.09；V：0.15～0.25；Al≤0.04；W：1.50～2.00；S≤0.010；P≤0.020。

第二，机械性能：σ0.2≥620MPa；σs≥440MPa；δ5≥20%；Ψ≥45%；HB≤269。

第三，金相组织检验：回火索氏体、晶粒度大于5级。

第四，无损探伤：验收标准《法兰、螺纹和焊连接的阀门》（ASME B16.34）附录Ⅳ 2.1条，当量缺陷小于6.4mm。

2.1.2 F92材料测试及检验结果。

第一，化学成分检测结果。光谱测试采用德国OBLF-1000直读光谱分析仪进行检测，化学成分检验结果（炉号T11A4H2-517）：C：0.12；Mn：0.39；Si：0.22；Ni：0.18；Cr：8.50；Mo：0.43；Nb：0.084；V：0.19；Al：0.006；W：1.56；S：0.010；P：0.020。

第二，机械性能检验结果（炉号T11A4H2-517）：σ0.2：675MPa，σs：545MPa，δ5：23%，Ψ：56.5%，HB：235。

第三，金相检验结果（炉号T11A4H2-517）：

第四，超声波探伤检验结果：锻件超声波探伤结果：当量缺陷小于2mm。

第五，高温性能符合英文版《压力无缝钢管交货技术条件第2部分：高温性能的非合金和合金钢管》（2006修订）（EN 10216-2：2002）、《高压锅炉用无缝钢管》（GB5310-2008）及YB/T4713-2008标准。

2.2 材料焊接工艺评定

F92钢焊接工艺评定和操作过程控制充分借鉴了西安热工研究院、苏州热工院、国网北京电力建设研究院、上海锅炉有限公司、东方锅炉有限公司及有关电建公司等在F92钢进行焊接工艺试验和研究成果，并且结合阀门特殊性既有连接焊接和密封面堆焊焊接的特点，依据ASME规范IX篇，编制主汽闸阀F92钢连接焊接及密封面焊接工艺评定方案及实施工艺评定形成PQR，制定出操作WPS文件。

2.2.1 在焊接工艺评定中应控制的因素和参数：（1）工件焊前的预热温度；（2）焊接电流大小；（3）焊接过程中的层间温度控制；（4）焊后热处理的升温速度及保温时间和保温温度等。

2.2.2 主要焊接工艺参数。

第一，预热温度推荐为150℃～200℃。

第二，采用焊条电弧焊的施焊过程中，层间温度为200℃。

第三，采用小的焊接线能量多层多道焊，后层对前层的热处理作用能细化晶粒。施焊过程中控制焊道的宽度和厚度，焊道宽度一般不超过焊条直径的3倍，焊层厚度一般为焊条直径。

第四，焊完后焊件温度降至100℃以下并保温1小时后立即进行焊后热处理，参数为：以150℃/h的加热速度升温至500℃，此后按照100℃/h升温至760℃；保温时间5小时。

第五，F92手工对接焊评定：（1）依据标准：ASME第IX卷（2010版）焊接和钎焊评定；（2）焊接方法：SMAW/1G、母材：A182 F92+A182 F92；（3）焊材型号：E9018-G；（4）焊材规格：Φ3.2mm；（5）接头形式：U型；（6）评定范围：5～200mm；（7）试板尺寸：340mm×210mm×40mm；（8）考核项目：焊缝射线探伤及指标：ASME第IX卷QW-191.2、拉伸试验及指标：ASME第IX卷QW-153、侧弯试验及指标：ASME第IX卷QW-163、冲击试验及指标：ASME第IX卷QW-170。

第六，F92密封面堆焊：（1）依据标准：ASME第IX卷（2010版）焊接和钎焊评定标准；（2）焊接方法：SMAW/1G、母材：A182 F92；（3）焊材型号：ECoCr-A；（4）焊材规格：Φ3.2mm；（5）接头形式：平面；（6）评定范围：最小厚度25，最大厚度不限；（7）试板尺寸：152mm×152mm×25mm；（8）考核项目：PT探伤及指标：ASME第IX卷QW-195.2、硬度检验QB/KFL403、剖面检验：ASME第IX卷QW-453（注8）要求、化学成分检验QB/KFL403。

3 试样检验数据与标准数据对比及分析

3.1 硬度测试采样点

硬度测试采样点10个，硬度值为：HRC41～43。

3.2 焊缝化学成分分析

C 0.75、Co 69.03、Cr 25.80、W 4.42。

3.3 高温性能检验结果

F92材料高温性能委托中船重工洛阳725所检验，在600℃高温性能试样检验分为母材和焊接，检验与标准数据对比如下：

3.3.1 母材高温拉力检验结果对比如表2所示：

3.4 常温焊接冲击试样试验结果

3.5 焊接试板焊缝射线探伤结果

4 结语

超（超）临界火电国产化F92主汽阀门样机材料性能和焊接评定检验及结果，均好于EN10216-2、GB5310-2008、YB/T4713-2008等标准要求和论文数据，由此说明，F92阀门样机用钢从冶炼工艺、锻造工艺、锻后的热处理工艺、焊接工艺、检验方式和方法是可行的，生产、检测设备及人员满足F92锻件性能要求，可以充分说明超（超）临界火电机组关键阀门国产化研制是高水平的，材料方面的工作扎实并经得起历史的检验。

该项目产品已成功运用于南通电厂、徐州阚山电厂，为公司取得了可观的经济效益。产品的研制成功，解决了超超临界火电系统中两个国产化难题及高参数大口径阀门必须依赖进口的局面，为国家和业主节约大量的外汇和电站建设资金，结束了国外企业对该阀门的技术垄断和产品垄断。

参考文献

[1]主蒸汽闸阀技术规范书[S].

[2]高温用锻制或轧制合金钢和不锈钢公称管道法兰、锻制管配件、阀门和零件（ASME SA182/SA182M）[S].

[3]法兰、螺纹和焊连接的阀门（ASME B16.34）[S].

作者简介：孟宪忠（1964-），男，河南开封高压阀门有限公司副总工程师，质量部部长，工程师，研究方向：阀门质检和质保；王平原（1963-），男，河南开封高压阀门有限公司铸钢技术部部长，工程师，研究方向：阀门热加工工艺及管理。

（责任编辑：小 燕）