耐热不锈钢TP304等被应用于火电机组
2006-09-01 00:00 来源：[ 我的钢铁 ]
前言：电力是我国国民经济发展的基础产业之一。改革开放的20多年来我国电力工业的发展速度，成就都是最快和最好的，到目前我国的装机容量、年发电量都跃居世界第二位。为了保持我国电力工业持续增长和发电站设备的稳定安全运行，电站焊接技术必须为其提供强有力的技术支撑和保障。
火电机组焊接技术的特点
随着电力工业的迅速发展，大机组、高参数的火电厂不断涌现。大机组已成为我国火力发电的主要力量，在国家“优先发展水电，继续发展火电，适当发展核电”的方针指引下，今后安装火电机组主要是300MW、600MW级的亚临界压力机组，并且将加快超临界压力机组的建设。大机组电站焊接工作的对象、任务、条件都发生了质的变化，其主要焊接技术特点有：
1、随着火电单机容量不断增大和参数的提高，焊接工作量也不断增大。我国火力发电机组的单机容量由50年代的25 MW机组变化为90年的800 MW机组，单台机组的焊口数量也由50 年代的几千只猛增至数万道焊口（只限于受监焊口）。
2、焊接结构也日超复杂，随着发电机组规模的增大，用于焊接施工的金属结构形式也日超复杂。火电机组的管道焊接最大厚度由50 年代的20mm左右已变化为大于110mm。
3、所用钢材等级的提高，钢种的增加。随着发电机组规模的增大，电站用钢的品种不断增多，钢材的合金元素的种类和含量也不断增加。目前火电站用钢已由50 年代的几种增加到几十余种，规格则达到100 余种。
4、随着机组的增大，对金属材料的焊接可靠性及焊接修复工作提出了更高的要求。大型电厂工程不仅要求焊接工作适应不断变化的钢材规格，品种及其结构的需要，同时要求有足够的焊接可靠性以及伴随产生的结构修复性，这其中不仅包括了工程中主要钢种，也包括了特种部件的修复要求。
为能适应这些变化和对新时期电力事业发展对焊接专业的要求，电站焊接当前面临的基本任务，除了现有的工艺，技术作有效的支撑以外，而更重要的是新钢种的焊接研究，装备的更新，人员素质的提高和调动焊接工作者的积级性和整体力量。
2、火电机组用钢的发展
为了提高大型火电机组的效率，提高锅炉蒸汽温度比提高锅炉蒸汽压力对机组效率的影响更大。若将锅炉的温度参数固定在450℃至580℃，而靠提高锅炉压力参数提高机组效率，不但机组效率提高得不显著，而且会给焊接、热处理施工带来更大的困难。因为锅炉温度参数定在540—580℃，则钢材就必然选用低合金耐热钢（12Cv1MoV、10CvMo910），当锅炉压力参数从140Kɡ/Cm2提高到170 Kɡ/Cm2时，由于这些钢材的高温持久强度低，就必然使管道的壁厚大大增厚。
由于管道壁厚的增加，对焊接、热处理、弯管、探伤等工艺等工艺都带来了更多的困难。如要严格控制焊接线能量，采用多层多道焊，中间热处理，二次或三次探伤，热处理升降温度、速度的控制等。由此可见，要提度大型机组效率，首先是提高锅炉的蒸汽温度参数，为解决这一问题，各国科学家研制很多种致力于锅炉用耐热钢，如耐热不锈钢TP304、9Cv—1Mo钢、12%Cv钢、钢102、10CvMo910等。
3、火电大机组焊接技术的发展超势
进入新的世纪，火电大机组焊接技术发展，要适应300MW至100MW级的亚临界和超临界压力机组焊接的需要。随着大机组锅炉蒸汽参数的提高，所用钢材逐渐变化，级别逐步提高，仅以受热面管、主蒸汽管为例：由含Cv≤3%的低合金耐热钢到含9—12%Cv的马氏体耐热钢到含奥氏体耐热钢，钢材的合金含量逐渐提高。对含Cv≤3%的低合金耐热钢的焊接工艺技术已普遍掌握权。为了进一步提高锅炉的热效率，在300MW以上机组上将大量采用含9%Cv的T91马氏体钢，而此类钢材则是最近几年才大量出现。我们贵州也只有在安顺一期工程过热器施工中出现T91钢，我公司焊培中心经过3个多月时间才全面完成T91钢的焊接工艺评定，并成功地运用于安电一期2×300MW工程中，由于我们采用的焊前不予热、焊后热处理工艺方法，在工程中降低了成本，减轻了劳动强度，取得了较好的经济效益，该工艺获得了电力局的科技进步二等奖和贵州省科技进步三等奖。
进入新的世纪，国家作出了开发西部，西电东送的战略决策，我们贵州作为西电东送的重点，担负着艰巨的历史重任，由我公司承建的黔北电厂、安顺电厂二期工程的主蒸汽管道将采用A335—P91钢，因这一钢材除了固熔和沉淀强化外，还通过微合金化，控扎、形变热处理及控冷获得高密度位错和高度细化的晶粒，在调质状态下获得回火马氏体，这种钢由于降低了C、S和P等杂质的含量，对焊接裂纹的敏感性都明显降低。在同样的工作条件下（工作温度，后力和设计寿命），选用这些高温强度高的P91钢，则管子的壁厚将大大减小，焊接应力也将大大降低。而获得完整无裂纹的焊接接头的可能性大为提高。尽管如此，焊接接头的劣化仍然是P91钢主要问题。
1、由于焊缝金属没有控扎，形变热处理的机会，而晶粒不可能由此细化，又由于熔敷金属中的Nb，V在凝固冷却过程中难以呈微细的C、N化合物折出，焊缝的韧性这不如母材。
2、供货状态优良的回火马氏体母材性能受到焊接热循环的影响，焊接热影响区性能明显劣化。
3、对于手工电弧焊来讲，冷却是比较快的，电弧一离开马上就开始迅速降温，一般只有7—15秒时间，因此，容易出现淬硬组织，形成粗大马氏体，这是导致脆化的另一个原因。因而在焊接时的焊接线能量也不能太小，小则冷却快。所以控制焊接规范是焊接P91钢的前要问题。
火电机组焊接技术的特点
随着电力工业的迅速发展，大机组、高参数的火电厂不断涌现。大机组已成为我国火力发电的主要力量，在国家“优先发展水电，继续发展火电，适当发展核电”的方针指引下，今后安装火电机组主要是300MW、600MW级的亚临界压力机组，并且将加快超临界压力机组的建设。大机组电站焊接工作的对象、任务、条件都发生了质的变化，其主要焊接技术特点有：
1、随着火电单机容量不断增大和参数的提高，焊接工作量也不断增大。我国火力发电机组的单机容量由50年代的25 MW机组变化为90年的800 MW机组，单台机组的焊口数量也由50 年代的几千只猛增至数万道焊口（只限于受监焊口）。
2、焊接结构也日超复杂，随着发电机组规模的增大，用于焊接施工的金属结构形式也日超复杂。火电机组的管道焊接最大厚度由50 年代的20mm左右已变化为大于110mm。
3、所用钢材等级的提高，钢种的增加。随着发电机组规模的增大，电站用钢的品种不断增多，钢材的合金元素的种类和含量也不断增加。目前火电站用钢已由50 年代的几种增加到几十余种，规格则达到100 余种。
4、随着机组的增大，对金属材料的焊接可靠性及焊接修复工作提出了更高的要求。大型电厂工程不仅要求焊接工作适应不断变化的钢材规格，品种及其结构的需要，同时要求有足够的焊接可靠性以及伴随产生的结构修复性，这其中不仅包括了工程中主要钢种，也包括了特种部件的修复要求。
为能适应这些变化和对新时期电力事业发展对焊接专业的要求，电站焊接当前面临的基本任务，除了现有的工艺，技术作有效的支撑以外，而更重要的是新钢种的焊接研究，装备的更新，人员素质的提高和调动焊接工作者的积级性和整体力量。
2、火电机组用钢的发展
为了提高大型火电机组的效率，提高锅炉蒸汽温度比提高锅炉蒸汽压力对机组效率的影响更大。若将锅炉的温度参数固定在450℃至580℃，而靠提高锅炉压力参数提高机组效率，不但机组效率提高得不显著，而且会给焊接、热处理施工带来更大的困难。因为锅炉温度参数定在540—580℃，则钢材就必然选用低合金耐热钢（12Cv1MoV、10CvMo910），当锅炉压力参数从140Kɡ/Cm2提高到170 Kɡ/Cm2时，由于这些钢材的高温持久强度低，就必然使管道的壁厚大大增厚。
由于管道壁厚的增加，对焊接、热处理、弯管、探伤等工艺等工艺都带来了更多的困难。如要严格控制焊接线能量，采用多层多道焊，中间热处理，二次或三次探伤，热处理升降温度、速度的控制等。由此可见，要提度大型机组效率，首先是提高锅炉的蒸汽温度参数，为解决这一问题，各国科学家研制很多种致力于锅炉用耐热钢，如耐热不锈钢TP304、9Cv—1Mo钢、12%Cv钢、钢102、10CvMo910等。
3、火电大机组焊接技术的发展超势
进入新的世纪，火电大机组焊接技术发展，要适应300MW至100MW级的亚临界和超临界压力机组焊接的需要。随着大机组锅炉蒸汽参数的提高，所用钢材逐渐变化，级别逐步提高，仅以受热面管、主蒸汽管为例：由含Cv≤3%的低合金耐热钢到含9—12%Cv的马氏体耐热钢到含奥氏体耐热钢，钢材的合金含量逐渐提高。对含Cv≤3%的低合金耐热钢的焊接工艺技术已普遍掌握权。为了进一步提高锅炉的热效率，在300MW以上机组上将大量采用含9%Cv的T91马氏体钢，而此类钢材则是最近几年才大量出现。我们贵州也只有在安顺一期工程过热器施工中出现T91钢，我公司焊培中心经过3个多月时间才全面完成T91钢的焊接工艺评定，并成功地运用于安电一期2×300MW工程中，由于我们采用的焊前不予热、焊后热处理工艺方法，在工程中降低了成本，减轻了劳动强度，取得了较好的经济效益，该工艺获得了电力局的科技进步二等奖和贵州省科技进步三等奖。
进入新的世纪，国家作出了开发西部，西电东送的战略决策，我们贵州作为西电东送的重点，担负着艰巨的历史重任，由我公司承建的黔北电厂、安顺电厂二期工程的主蒸汽管道将采用A335—P91钢，因这一钢材除了固熔和沉淀强化外，还通过微合金化，控扎、形变热处理及控冷获得高密度位错和高度细化的晶粒，在调质状态下获得回火马氏体，这种钢由于降低了C、S和P等杂质的含量，对焊接裂纹的敏感性都明显降低。在同样的工作条件下（工作温度，后力和设计寿命），选用这些高温强度高的P91钢，则管子的壁厚将大大减小，焊接应力也将大大降低。而获得完整无裂纹的焊接接头的可能性大为提高。尽管如此，焊接接头的劣化仍然是P91钢主要问题。
1、由于焊缝金属没有控扎，形变热处理的机会，而晶粒不可能由此细化，又由于熔敷金属中的Nb，V在凝固冷却过程中难以呈微细的C、N化合物折出，焊缝的韧性这不如母材。
2、供货状态优良的回火马氏体母材性能受到焊接热循环的影响，焊接热影响区性能明显劣化。
3、对于手工电弧焊来讲，冷却是比较快的，电弧一离开马上就开始迅速降温，一般只有7—15秒时间，因此，容易出现淬硬组织，形成粗大马氏体，这是导致脆化的另一个原因。因而在焊接时的焊接线能量也不能太小，小则冷却快。所以控制焊接规范是焊接P91钢的前要问题。
