15NiCuMoNb5-6-4钢管热处理工艺研究

乐新宝

（上海市安装工程集团有限公司)

15NiCuMoNb5-6-4钢管热处理工艺研究

乐新宝*

（上海市安装工程集团有限公司)

15NiCuMoNb5-6-4钢是铜-镍-钼合金化钢，广泛应用于电力行业，包括锅炉汽包、给水系统管道等。在某管道安装工程中，需要对15NiCuMoNb5-6-4钢管进行焊后热处理。由于该管道系统运行负荷大，介质温度高，且管道内壁有堆焊不锈钢耐蚀层，因此，要考虑热处理工艺对焊缝使用性能和不锈钢堆焊层耐蚀性能的影响，即热处理是现场安装质量控制的关键点。

钢管 焊接 热处理 压力管道 WB36钢 晶间腐蚀 敏化温度

0 引言

某安装工程公司进行管道安装项目，采用15NiCuMoNb5-6-4钢作为管体母材，同时需要在管道内壁堆焊不锈钢耐蚀层，以满足管道系统的清洁度要求。此次选用国产锻造镗孔厚壁无缝管，管径最大达1 321 mm，壁厚最大达65 mm。由于该压力管道系统负载压力大，介质温度高，并且需要在主回路管道内壁堆焊不锈钢耐蚀层，因此要考虑热处理工艺对焊缝机械性能和耐蚀性能的影响，热处理成为现场安装质量控制的关键环节。

1 材料性能

该材料在德国标准VdTÜV 377/3中牌号为15NiCuMoNb5(WB36)，材料号为1.6368；在欧盟EN10216.2：2002《承压用无缝钢管——交货技术条件》标准中钢管牌号为15NiCuMoNb5-6-4；在ASME规范案例中牌号为1.15Ni-0.65Cu-Mo-Nb。在我国标准GB 5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》中，该材料牌号为15Ni1MnMoNbCu。

1.1 化学成分及力学性能

15NiCuMoNb5-6-4钢化学成分、力学性能及高温拉伸性能如表1～表3所示。

表1 15NiCuMoNb5-6-4钢化学成分（%）

表2 15NiCuMoNb5-6-4钢力学性能

表3 15NiCuMoNb5-6-4钢高温拉伸试验值

1.2 材料性能分析

（1）15NiCuMoNb5-6-4钢性能分析

由表1可见，15NiCuMoNb5-6-4钢是含Nb微合金化的贝氏体Ni、Cu、Mo钢，其成分和冶炼手段已不断被优化，使之具有良好的屈服强度和抗拉强度。Nb细化晶粒，Cu通过析出物达到沉淀强化，可提高钢的高温强度，但同时导致其具有赤热脆性，通过添加Ni可消除Cu的不良影响。在选择焊材时应该注意Cu/Ni比率，通常将其控制为1/2[1]。

（2）冷裂纹敏感性及再热裂纹敏感性

15NiCuMoNb5-6-4钢焊接性能良好，但是具有一定的冷裂纹和再热裂纹倾向，因此焊前必须进行预热，焊后应进行回火处理消除应力[2]，且需要匹配强度适中的焊材[1，3]。

2 热处理工艺探讨

该工程管道安装过程中，需要在管道内壁及焊缝处堆焊309MoL过渡层和347L不锈钢耐蚀面层。奥氏体不锈钢易受敏化作用而致使靠近晶界的晶粒表面薄层中严重缺铬 (铬的有效含量低于12%)，当有腐蚀介质作用时，缺铬区域将产生明显腐蚀，即晶间腐蚀。为防止管道产生晶间腐蚀，应采用适当的热处理工艺，避开不锈钢敏化温度区间。

管道焊接热处理参数的确定，受到不锈钢耐蚀性能的制约。在400～850℃温度区间内，奥氏体不锈钢存在晶间腐蚀的敏化区域。通过不锈钢时间-温度-敏化（TTS）曲线（如图1所示）[4-5]，对于含碳量0.04%的奥氏体不锈钢，可以得到以下结论：600℃时，保温时间≤1.5 h；550℃时，保温时间≤5.5 h；530℃时，保温时间≤10 h。

图1 不同含碳量奥氏体不锈钢TTS曲线

该管道系统属于压力管道范畴，按照GB/T 20801—2006《压力管道规范——工业管道》，15NiCuMoNb5-6-4材料相当于标准中Cr≤0.5合金钢，则焊后热处理温度为600～700℃。

15NiCuMoNb5-6-4钢主要用于电力行业的锅炉、发电站管道，按DL/T 819—2010《火力发电厂焊接热处理技术规程》标准，15NiCuMoNb5-6-4钢焊后热处理温度为580～620℃。

因测试平台原设计方为德国公司，故按照德国VdTÜV WBL 377/3标准，当15NiCuMoNb5-6-4钢厚度为 30 mm＜δ≤150 mm时，焊后热处理温度为530～620℃，持续时间约为60 min。按照DIN EN 10052《铁基工程材料热处理的概念》，常规去应力退火的最长停留时间为150 min。如果停留时间超过90 min或多次退火，则取温度范围的下限。

采用VdTÜV WBL377/3标准是由于15NiCuMoNb5-6-4钢在德国未列入DIN标准，但在实际使用中是将VdTÜV WBL 377/3标准作为德国标准使用的。比较中德两国标准可知，热处理温度差异较大。考虑到不锈钢堆焊层的敏化温度，以及堆焊、对接焊热处理及可能需要的焊接缺陷修复热处理，考虑几次热处理时间需累加，则热处理温度取下限值。为此，制定出以下热处理参数：

（1）堆焊焊后热处理温度为540～550℃，保温时间为60 min。

（2）考虑到对接环缝焊后热处理需现场操作，加热元件布置在管道外壁，热量由外壁向内壁传导（在壁厚方向必然存在温度梯度，外壁温度高，内壁温度低），因此将内壁温度控制在540～550℃之间，平均加热温度接近DL/T 819—2010中的要求；管道外壁温度控制为≤620℃，保温时间为60 min。

3 结论

（1）主管道焊缝几乎不受结构拘束力，焊缝应力基本是焊接热应力，总应力水平不高。选取的工艺参数能同时满足中德两国标准要求，故按此工艺参数进行热处理十分合理，且取得了良好效果。

（2）为降低热处理对不锈钢耐蚀层抗晶间腐蚀性能的不利影响，通过合理的热处理工艺可以有效地控制不锈钢堆焊层的耐腐蚀性能。

[1]王香云，王文艺，李佶木.WB36钢焊接工艺性分析及应用 [J].机械工程与自动化，2007（3）：71-73，76.

[2]张幼德，林佩珍，王炯祥.WB36钢焊接性和工艺试验研究 [J].锅炉技术，1993（4）：1-15.

[3]吴世初.金属的可焊性试验 [M].上海：上海科学技术文献出版社，1983.

[4]许适群.不锈钢的耐腐蚀性能 [J].石油化工腐蚀与防护，2005，22（5）：41-44.

[5]郑海生.奥氏体不锈钢晶间腐蚀问题的研究及防止[J].机电工程技术，2004，33（1）：46-47.

索尔维为电厂开发高能效耐用型热交换器

全球领先的特种聚合物供应商索尔维2017年5月宣布，其先进的Hyflon全氟烷氧基氟聚合物（PFA）帮助中国北京新世翼节能环保科技股份有限公司成功开发出大型燃煤电厂用的高能效、可靠型600 MW MGGH换热器。

MGGH换热器使用从燃煤锅炉排出的废烟气所携带的热能，从而减少了排放，并有助于满足“十三五”规划更严格环保政策的要求。北京新世翼有关人士认为，Hyflon PFA在换热器应用领域表现出色，是新系统设计的最佳选择，其在国电北仑电厂的成功投运证明这样的选择是明智的。

Hyflon PFA是一种半结晶可熔融加工的全氟聚合物。挤出加工成的换热器用管材被组装在北京新世翼换热系统中的模块上。北京新世翼的换热系统是索尔维的Hyflon PFA首次用于中国大型600 MW MGGH换热器。该换热器已在浙江北仑电厂投运了三个月，这次在新的系统投运展现了更高的热回收、节能和减排性能。

与其他竞争性的方案相比，索尔维的Hyflon PFA具有更高的耐高温等级，可以耐受更为多样的化学品，是一种适用于极高温度和极苛刻化学环境的工业级换热器。这些特性也使得Hyflon PFA在过去的近三十年间，在欧洲和中国的30多座大型火力发电厂的换热器中展现了出色的性能。

（庄蓓）

Research on Heat Treatment of 15NiCuMoNb5-6-4 Steel Pipes

Le Xinbao

15NiCuMoNb5-6-4 (Alloy of Cu-Ni-Mo type)has been widely used in power station industry such as boiler steam drum and pipes of water supply system.Post weld heat treatment of 15NiCuMoNb5-6-4 steel tube is needed in the installation of the pipe.Because the pipeline system has large running load,high medium temperature and stainless steel corrosion resisting layer on the inner wall of the pipeline,the influence of heat treatment process on the weld performance and the corrosion resistance of the stainless steel surfacing layer should be considered.Heat treatment has become the key point of field installation quality control.

Steel pipe;Welding;Heat treatment;Pressure piping;WB36 steel;Intergranular corrosion;Sensitizing temperature

TG 156

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.06.018

2017-01-15）

*乐新宝，男，1960年生，工程师。上海市，200080。