关于超超临界机组SA-182F91高合金厚壁管件安装质量缺陷控制的分析与研究

刘磊

摘 要：SA-182F91作为常见的马氏体型耐热钢锻件材料，现如今被大量设计和应用于装机容量600MW、1000MW的电站高压管道制造，到场安装质量的合格与否直接影响着电站机组安全服役状态。因其具有复杂的焊接与热处理工艺特点，常被现场各级专业管理人员密切跟踪，各参建方重视程度普遍较高。本文通过对某大型超超临界百万机组一级过热器减温器手孔装置安装过程进行“复盘”，来还原安装现场所出现的高合金钢管件硬度、金相组织异常的影响因素，分析与研究应对此类质量缺陷所需的关键控制程序。

关键词：超超临界机组;SA-182F91;质量缺陷;控制程序

1 前言

从事电站高温高压管道安装作业的管理者若对质量影响因素掌握不全，亦或是未预先加以辨识和控制，势必会为后续施工埋下质量隐患，同时也会给质量问题出现后的分析与排查工作造成屏障。本文主要叙述高合金钢管件出现母材硬度偏低的质量问题之后，是如何对有效的现场数据进行提取以及组织分析工作，最终确定的重要SA-182F91质量影响因素的现实意义，经各方努力最终圆满完成缺陷处理所付出的经济代价。所述内容可供具有相同安装经历的单位或个人借鉴参考，提高对此类质量问题的防控能力。

2 质量问题简析

所描述模型来源于某大型百万兆瓦超超临界机组，在π型锅炉布局下的一、二级减温器均布置于前炉膛顶棚上方且呈左右对称布置。安装时正值初夏，平均环境温度25℃以上，施工前后并未有降雨，在对焊后热处理的4只手孔装置焊缝进行无损检测时，发现母材均存在不同程度的硬度偏低情况，由此引起专业技术管理人员高度关注，在对母材组织进行金相分析得到了异常马氏体组织结果，遂向上级汇报并同步展开缺陷调查，分析推断导致问题发生的关键点，后经过甲方、厂方、监理方、施工方等多方验证，最终做出更换处理决定，详见下表所示：

2.1 管道安装信息

供检查使用的手孔装置位于减温器主管道正上方，减温水管座则与其成90°以水平方式布置（图1.b、图1.c），主管道（Φ559×105、Φ610×100）焊口距離2个接管座外壁距离分别为210mm、90.5mm（图1.a），另外一端则通过小段直管分别与集箱弯头或三通相连接。该系统的安装顺序是减温器定位无误后，通过过热器连接管分别将其与一、二级过热出口集箱安装焊接，主管连接完毕后再对减温水管道（Φ219×45/SA-335P91）进行安装，当前序工作结束后组织对集箱内部清洁度检查，无误后对端盖进行封焊。

管道组对的坡口清理、水平度与间隙调整等查验无误，现场焊接采用的是直流逆变式焊机（含高频），采用带背氩保护的氩电联焊方式进行焊接，所使用的E9015-B9焊条直径均为3.2mm以下，预热状态有效、随检层温无异常，焊后冷却至100℃左右开始进行低保、高温回火等热处理工艺实施，温度曲线记录与工艺卡要求相符。

2.2 热处理工艺信息（以二级为例）

2.2.1 减温器主管

在对主管进行热处理时，已考虑焊口附近管座等异形件会存在加热冷偏效应，故在焊缝中心线两端的功率分配上有所不同，即焊缝左侧的加热器越过焊缝中心将环焊缝紧密包覆的功率约为32kW，右侧在相应的区域内有效加热功率为34.25kW，多出的2kW主要是针对管座散热补尝，减弱对称中心两端温度梯度差距。

主管吊口焊缝热处理过程中设置了4个温控区，分别位于“0、3、6、9”点时钟方向，详细加热器布置如下图所示：

其中，主管焊缝热处理加热功率分布情况：“控温区1”内加热器功率为20kW、“控温区2” 内加热器功率为10kW 、“控温区3” 内加热器功率为21.5kW、“控温区4”内加热器功率10kW，加热器规格有430*540、380*250、80*250、1050*230。为确保厚壁主管道马氏体转变完全，参考焊材熔敷金属材料特性，确定高温回火温度760±5℃、升降温60℃/h、恒温8h。

2.2.2 接管座与端盖

位于主管上的减温水接管座形状规则且引出段较长，现场安装焊缝刚好能够处于加热区中心，且同位置其他减温器接管座焊缝与母材经检验均无异常。

端盖由于是异形变径结构，现场采用了绳状与片状加热器结合方式对端盖安装焊缝进行了热处理，主要是接管座采用5kW绳状加热缠绕，端盖环焊缝采用5kW（530*200）片状加热器环绕固定，考虑管件规格差异性，升降温速度以管座壁厚为主，达到恒温温度后恒温时间以端盖焊缝壁厚为主，即2h。上下加热器同处1个加热区，控温点位于管座竖向中心。

2.3 质量缺陷情况

在安装焊接与热处理工作结束后，检测人员通过对端盖焊缝进行光谱分析、超声波检测和硬度检验发现母材硬度存在异常，后对其他3个已施工完毕的手孔装置进行复测，结果大致相同，后经甲方金属实验室人员、厂家技术代表到场测量与扩检，各方数据信息一致。这里仅列举其中一组来简要说明缺陷分布情况，如下图所示：

上述数据来源于G&R（HT-1000A）便携式里氏硬度计现场测量，其中主管道焊缝硬度值在206HB-226HB，符合规范标准，焊缝中心两端近缝区母材硬度最大偏差约27HB;接减温器管段和远离减温器管座的硬度均为200HB以上;由主焊缝、两个管座焊缝构成的三角区域母材硬度相对较低，平均188HB左右;减温水管座及其焊缝（厂家）硬度正常，为220HB以上;手孔装置及其焊缝（厂家）、端盖硬度低至165HB，与规范规定下限180HB差距较大，但现场焊缝硬度正常。对硬度异常的端盖和管座母材进行金相组织取样如下图所示：

手孔装置中端盖与管座的马氏体组织特征形态（板条）已消失，并伴有点状的渗碳体析出，只能评判为异常马氏体组织。硬度与金相均不合格，是不能用于高温高压介质输送管道的，因主管道母材硬度尚可，最终由厂家提供管道备件与工艺、施工方现场统一进行更换。

2.4 原因調查与分析

2.4.1 过程检测

工程项目当时正处于施工高峰阶段，尽管施工前现场已出现个别管道联箱焊前硬度接近下限情况，但多为15CrMoG等低合金钢，加之DL/T 438《火力发电厂金属技术监督规程》虽规定合金部件入场要100%光谱复检，但并没有对高合金钢管件强制要求硬度复测，且主合同并无此类技术规定要求，导致焊前组织状态无从考证;另外，检测过程中所收到的干扰因素较多，安装焊接结束后未能及时进行跟踪检测，导致质量控制时效延迟，未能对循环管理工作提供保障支撑。

2.4.2 焊后热处理

各类热处理过程均存在热电偶损坏或人员误操作等导致焊件超温的概率，但对本项目现场热处理后的管件表面进行检查，并未发现过热碳化现象。通过对取样数据进行参数化对比，相同加热区内存在不同硬度分布，并且呈现对半分割的状态是不符合正常逻辑的，由此可推断由于温度失控造成的金属组织特性改变基本不存在。出现焊缝硬度正常，母材硬度异常的情况则应该从原始金属组织的基本特性入手进行分析。

2.4.5 设计与生产

本项目的减温器管道管件布局结构属于特定设计，密集焊接布局不符合汽水管道设计规范，短程布局导致接管座会频繁参与主管、减温水管道的焊后热处理过程中，这对马氏体耐热钢并无益处，范围会加剧蠕变强度的下降;另外，4枚手孔装置（管座、端盖）经甲方询问属厂家同炉批次生产，与之相关的设备随机资料（含制造、检验）在建设阶段并未提供给工程项目。管件厂内焊接工艺控制是否存在异常情况，钢材调质处理利用了较低的正火回火温度均无法查询或证实。

3 对质量控制的思考

施工前获取高合金钢管道供货态参数对指导现场高压管道安装工作十分必要，施工方、监理方、建设方、厂家需共同提高对规程规范的理解，必要时应达成检验检测深度共识。项目管理方应将现场检测与工程进度平衡推进，并建立基于循环管控的质量监督平台，提前对必要非强制性监督检验工作进行权重分析，按计划实施。

4 结语

近年来，P91/P92等高合金马氏体耐热钢所出现施工前后硬度异常、组织异常情况并非个例，笔者所经历了2个项目均出现过类似情况，只是稍好的情况下有对比参考，能够快速确定是厂家还是施工方的问题。工程建设本就是多方参与的项目集合，通过专业化管理降低各类问题隐患，其施工经验的分享也旨在共同提高行业工程建设水平。

参考文献：

[1] 中国电力出版社，DL/T 819-2019《火力发电厂焊接热处理技术规程》，2019年12月。

[2] 中国电力出版社，DL/T 438-2016《火力发电厂金属技术监督规程》，2016年8月。

（中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司，山东 济南 250104）