700℃超超临界锅炉高温过热器再热器用Sanicro25新材料焊接工艺研究.pdf

第 4 6卷第 5期 2 0 1 5年 9月 锅 炉 技术 B0I LER TECHN0LoGY Vo 1 ． 4 6，NO ． 5 S e p t ．，2 0 1 5 【 制造 质量 标 准 材 料】 7 0 0℃超超 临界锅炉高温过热器再热器用 S a n i c r o 2 5新材料焊接 工艺研 究 陈 亮 ，卢征然 上海锅炉厂有限公司 ，上海 2 0 0 2 4 5 摘 要 试验选用 Al l o y 6 1 7 mo d镍基焊 材为填充 金属 ， 焊接 S a n i c r o 2 5奥 氏体不锈钢管 ， 通 过了焊接接头的 常温力学性 能 、 高温短时拉伸性能 、 高温时效性 能及高温 持久性 能试验 。结果表 明 焊 接接头 的常温 、 高温 力 学性 能均满足相关标准的规定 。 关键 词 7 0 0℃超超 临界锅炉 ；S a n i c r o 2 5奥 氏体不锈钢 ；焊接接头性能 中图分类号 TK 2 2 9 ． 2 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 0 1 5 0 5 0 0 4 9 0 5 0 前 言 S a n i c r o 2 5 简 称 2 2 C r - 2 5 Ni 一 3 ． 5 W一 3 C u 是 瑞典山特维克新开发的准备用 于下一代超超 临 界燃 煤 锅 炉 机组 的 奥 氏 体 不 锈 钢 。该 钢 具 有 优 良的 高温 性 能 ， 在 高 效 煤 粉 燃 烧 蒸 汽 锅 炉 中使 用时同时具有较 高的蠕 变强度 、 抗 氧化性 、 组织 稳 定 性 及 良好 的 加 工 制 造 性 能 。S a n i c r o 2 5管 可在 7 0 0℃左 右 的高温下使 用 ， 因为 它在煤 灰 环 境 中具 有 优 越 的耐 蚀 性 ， 所 以 它 是 再 热 器 和 过 热 器 的 理 想 材 料 。采 用 S a n i c r o 2 5管 材 的 锅 炉温度可大 为提高 ， 其运行效 率可提 高到 5 o 以上 现行锅炉的运行效率为 3 5 ～4 5 。电 站 锅 炉 在 较 高 温 度 和 压 力 下 运 行 后 ， 可 显 著 地 提 高 生 产 效 率 并 可 大 大 减 少 每 千 瓦 发 电 量 的 C O。 排放 量 。 S a n i c r o 2 5奥 氏 体 不 锈 钢 具 有 较 好 的 焊 接 性 ， 本 试 验 采 用 蒂 森 Al l o y 6 1 7 mo d镍 基 焊 材 对 S a n i c r o 2 5小 口径 管进 行焊 接试 验研究 。 1 试验用材料 试验用母材选用 S a n d v i k S a n i c r o 2 5奥 氏体 不锈 钢管 ， 焊 丝选 用 蒂 森 Th e r ma n i t 6 1 7 、 焊 条 选 用 T h e r ma n i t 6 1 7 D 为 焊接 填 充 金 属 ， 母 材 及 焊 材 的化学 成分 见表 1和表 2 。 表 1 母材 的化 学成 分 化学成分 S a n i c r o 2 5 表 2焊材 【 全焊 缝金 属 的化 学成分 收稿 日期 2 0 1 5 0 3 1 4 ； 修 回 日期 2 0 1 5 0 41 9 基金项 目 国家能源局的资助 NY 2 0 1 1 0 1 0 3 C 一1 作者简介 陈亮 1 9 8 3一 ， 男 ， 工程 师， 主要从事锅炉压力容器焊接工艺工作。 蟠 ∞ 鸲 m 弘 L c ； 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 O 锅炉技术 第 4 6卷 2焊 接 坡 口及 工 艺 2． 1焊接坡 口 S a n i c r o 2 5不 锈 钢 管 规 格 为 西 3 1 ． 8 mm 8 mm， 焊接坡 口如图 1 所示。高合金奥氏体钢在 焊接前需要特别高的洁净度， 焊接坡 口在焊接前使 用丙酮擦洗 ， 确保油 、 屑 、 灰尘 等污物清理干净 。 g ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ,3 l ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ A ／⋯⋯ ⋯ ⋯⋯⋯ l／ ／ ／／l／ ／ ／／_／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ X 0 3 图 1 S a n i c r o 2 5手工焊坡 口示意图 2 ． 2 焊接 工艺 表 3为 S a n i c r o 2 5奥氏体不锈钢管的焊接工 艺 。用 手 工 氩 弧 焊 GT AW 和 手 工 电 弧 焊 S MAw 焊妥 ， 焊 前 不 预 热 ， 并 且 采 用 焊 接 热 输 入较 小 的 焊 接 规 范 进 行 焊 接 ， 层 间 温 度 控 制 在 ≤1 0 0℃。正面和背面保护气体均为纯氩。 表 3 S a n i c r o 2 5焊接 工艺 参数 焊接方法 GT AW S MA W 层数 1 ～2 3 ～4 焊 丝Th e r ma n i t 6 1 7 Th e r ma n i t 6 1 7 D 直径／ mm 2 ． 4 2 ． 5 电流／ A 1 2 O 7 O ～7 5 电 压 ／ V l 1 ～ 1 4 2 2 ～2 6 正面流量／ L rai n 1 O 一 2 ． 3 焊后 无损 检测 S a n i c r o 2 5焊 接 接 头 焊 后 按 照 J B ／ T 4 7 3 0 ． 2 2 O 0 5 承压设备无损 检测 第 2部分 射线检 测 进行 1 0 0 RT探伤 ， 技术等级为 AB级 ， 无损 检测等级均为 I级 ， 结果均合格 。 3 焊接接头 常规力学性能 3 ． 1焊 接接 头常温 拉伸 及弯 曲性能 按 照 G B ／ T2 2 8 2 0 0 2 金 属材料室 温拉伸 试 验方 法 对焊接 接 头 加工 及 测试 ， 试 样 为 条 状 ， 尺寸 为 一8 mm1 0 mm， 在 WE i 0 0型液 压 万 能材料试验机上进行室温拉伸试验。根据 G B ／ T 2 3 2 2 O 1 0 金 属 材 料 弯 曲 试 验 方 法 和 NB ／ T4 7 0 1 4 --2 0 1 1 承 压 设 备 焊 接 工 艺 评 定 ， 在 S a n i c r o 2 5焊 管 上 切 取 宽 度 为 1 0 mm、 试 样 厚 度 为试件厚度的弯 曲试样进行面弯和背弯试验 ， 采 用的弯曲直径 为 4倍厚度 ， 弯曲角度 为 1 8 0 。 ， 试 验结 果见 表 4 。 表 4 S a n i c r o 2 5焊 接接 头室 温拉伸 和弯 曲试验 从表 4可 以看 出 ， S a n i c r o 2 5焊 接 接 头 的 室 温抗拉强度均高于 c OD E C AS E 2 7 5 3对母材的 规定值。焊接接头弯 曲试 验符合 NB ／ T4 7 0 1 4 2 0 1 1 承压设备焊接工艺评定 的要求 。 3． 2 焊 接接 头硬度 测试 根 据 GB ／ T4 3 4 0 ． 1 2 O 0 9 金属 材料 维 氏硬 度 试验 第 1部 分 试 验 方 法 对 S a n i c r o 2 5焊 接 接头在 wi l s o n T U3 0 0 F M 硬度试验机上进行维 氏硬度 试验 ， 结果见 表 5 。 表 5 S a n i c r o 2 5焊接 接 头硬度试 验 测试位置 硬度 HV1 0 母 材 热影响区 焊缝 1 93， 1 9 7， 1 9 7 21 O．2 08。 1 96 24 O，19 3，2t 6 从 表 5硬度测 试结 果可 以看 出 ， 整个 S a n i c r o 2 5焊接接头硬度值差别不大， 整个焊接接头的硬 度在 1 9 3 HV1 O ～2 4 0 HV1 0之 间 。 3 ． 3 焊接接 头冲 击性 能 根 据 GB ／ T2 2 9 -- 2 0 0 7 金 属 材 料 夏 比摆 锤 冲击试 验 方 法 对 焊接 接 头 进 行 冲 击 试 验 ， 冲击 试样 尺寸 为 5 mm1 0 mm5 5 mm， 在 冲击试验 机上 进行 常温 冲击试 验 ， 试 验结果 见 表 6 。 表 6 S a n i c r o 2 5焊接接 头 冲击试 验 名称 试验温度 取样位置 5 m mm 焊接接头 去汨 焊缝 焊态 芏皿 热影响区 41， 51，57 8 0，78，81 从表 6可看出， S a n i c r o 2 5焊接接头焊缝和热 影 响 区 均 具 有 良好 的 冲 击 韧 性 ， 均 满 足 NB ／ T4 7 0 1 4 --2 0 1 1 承压设备焊接工艺评定 对焊接 接头 冲击值 规定 的要求 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 锅 炉技术 第 4 6 卷 接头进行冲击试验 ， 冲击试样尺寸为 5 mm1 0 mm5 5 mm， 在 冲 击 试 验 机 上 进 行 常温 冲击 试 验 ， 试验 结果 见表 9 。 表 9 S a n i c r o 2 5焊接接 头不 同时效 时 间 室温 冲 击试验 从 表 9中可 以看 出 ， S a n i c r o 2 5焊 缝 金 属 的 冲击 值在 7 0 0℃ 时效 后 随着 时效 时 间 的增 加 而 下降， 且时效时间为 3 0 0 0 h以后 ， 下降趋势趋于 平缓 ， 焊接接头焊缝金属的平均冲击值 尺寸为 5 mm1 0 mm5 5 mm 稳 定在 1 0 ． 5 ～ l 4 J 之 间 。 6 ． 3 时效 时 间对 焊接 接头 硬度 的影 响 根据 G B ／ T4 3 4 0 ． 1 2 O 0 9 金 属 材料 维 氏硬 度试 验 第 1 部 分 试 验方 法 ， 对 在 7 0 0℃不 同时 效 时间 的焊 接 接 头 在 VH一 5 0 C硬 度 试 验 机 上 进 行维氏硬度试验， 结果见表 1 0 。 表 1 0 S a n i c r o 2 5焊 接接 头不 同时效 时 间硬 度试 验 鐾 从表 1 0中看 出， S a n i c r o 2 5焊接接头的硬度 值在 7 0 0℃时 效 后 随着 时 效 时 问 的增 加 而 稍 微 升高 ， 且 时效时 间为 3 0 0 0 h以后 ， 升 高趋 势趋 于 平缓 ， 仍保持较高的硬度。接头焊缝金属的平均 硬度值稳定在 2 5 3 2 7 5 HV1 0之间 ； 接头热影响 区的平均硬 度值 稳定在 2 4 9 2 5 2 HV1 0之 间 ； 接 头母 材 的 平 均 硬 度 值 稳 定 在 2 2 5 ～ 2 3 4 HV1 0 之 间 。 7 焊接接头高温持久性能试 验 按 照 G B ／ T2 0 3 9 1 9 9 7 金 属 拉 伸 蠕 变 及 持 久 试 验 方 法 ， 在 RD 2 3型 高 温 持 久 试 验 机 上对焊接 接 头进 行 高温持 久 强度 试 验 。焊 接 接头 的持久 试 样 为 圆棒状 ， 试 样工作部分尺 寸 为 6 mm3 0 mm， 试 验结果 分别 见 图 5 。 图 5 S a n i c r o 2 5 接头 7 0 0℃持久强度外推 曲线 对试验数据进行线性回归计算 ， 得出 S a n i c r o 2 5焊接接头在 7 0 0℃的持久强度外推方程为 l g a 3． 0 6 95 0． 2 0 8 1 gt 式 中 断裂 应力 ， MP a ； t 断裂 时 间 ； h 。 1 ． 0 1 0 h的外 推应 力值 为 1 7 2 ． 8 MP a ； 1 ． 0 1 0 h的外推应力值为 1 0 7 MP a 。 从 已 断裂 的数 据 点 进行 外推 ， S a n i c r o 2 5使 用 Al l o y 6 1 7 mo d填充 金属 焊接 接头 的断 裂强 度 高于 C O D E C AS E 2 7 5 3对母 材 的规定 值 。 8 结 语 1 S a n i c r o 2 5钢 管 焊接 接 头 的室 温 拉 伸性 能及高温拉伸性能均高于标准的规定值。 2 S a n i c r o 2 5钢 管焊 接 接 头 的弯 曲性 能 和 冲击韧性 良好 ， 均满足相应标准的要求。 3 S a n i c r o 2 5钢 管焊 接 接 头在 7 0 0℃ 时效 后 ， 焊接接头的室温拉伸抗拉强度均高于标准对 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 陈亮 ， 等 7 0 0℃超 超临界锅炉高温过热器再热器用 S a n i c r o 2 5新材料焊接工艺研究 5 3 母材室温的规定值 ； 焊接接头焊缝金属的平均 冲 击值 尺 寸为 5 mm1 0 mm5 5 mm 稳 定在 1 0 ． 5 ～1 4 J ； 整个 焊接接头的平 均硬度值稳定在 2 2 5 ～2 7 5 HV1 0之 间 。 4 S a n i c r o 2 5钢管 焊 接 接头 的高 温 持 久 强 度完 全 满 足 C OD E C AS E 2 7 5 3标 准 对 母 材 的 要 求 。 参 考文献 [ 1 ]2 2 C r - 2 5 Ni 一 3 ． 5 W一 3 C u Au s t e n i t i c S t a in l e s s S t e e l UNS 3 1 o 3 5 E s ] ．AS ME UC O DE C AS E2 7 5 3 --2 0 1 2 ． St u d y OI I W el di n g P r o c es s P e r f o r ma n c e o f Sa ni cr o 2 5 Ne w Ma t e r i a l o f Hi g h - t e mp er a t u r e S up er h e a t e r a n d Re h e a t er f or US C Bo i l er w i t h 7 0 0℃ CHEN Li a ng，LU Zhe ng r a n S h a n g h a i Bo i l e r W o r k s ，C o ． ，L t d ．，S h a n g h a i 2 0 0 2 4 5 ，Ch i n a Ab s t r a ct Th i s pa pe r s e l e c t e d a l l oy 6 1 7 ro o d ni c ke l ba s e we l d i ng c ou ns uma bl e s a s f i l l e r me t a l s t o we l d Sa n i c r O 2 5 a us t e nn i t i c s t a i l e s s s t e e 1 ． The t e s t r e s ul t s i nd i c a t e t ha t me c hn i c a l pr o pe r t i e s a t r o 0 m a nd e l e va t e d t e m p e r a t u r e a l l m e e t t he r e l a t e d s t a nd a r d s pe c i f i c a t i on， a c c o r di n g t o t he t e s t s o f m e c ha ni c a l p r o pe r t i e s a t a m bi e nt t e m p e r a t u r e， hi g h t e m p e r a t u r e s h or t t i m e t e n s i l e p r op e r t i e s，hi gh - t e m p e r a t u r e a gi n g pr o pe r t i e s a n d c r e e p r up t u r e p r ope r t t e s a t e l e v a t e d t e mp e r a t u r e f o r we l d e d j o i n t s ． K e y wo r d s US C b o i l e r wi t h 7 0 0 ℃ ； s a n i c r o 2 5 a u s t e n i t i c s t a i l e s s s t e e l ； we l d i n g J o i n t p r op e r t i e s 几种参考文献的书写格式 其 中空格 、 标 点符 号 、 字母 照写 连续 出版物 [ 标引序号]作者．文题口] ．刊名， 年 ， 卷 期 起始 页码一终止页码． 专 著 [ 标 引序号]作者．书名[ M] ．出版地 出版者， 出版年． 译 著 [ 标引序号]作者．书名[ M] ．译者．出版地 出版者， 出版年． 论文 集 [ 标 引序号]作者．文题[ A] ．编者．文集[ c ] ．出版地 出版者 ， 出版年．起始一 终 止 页 码 ． 学 位 论 文[ 标引序号]作者．文题[ D ] ．所在城市 保存单位 ， 年份． 专 利 [ 标 引序 号]申请 者．专利名 [ P ] ．国名 专利 号 ， 发 布 日期 ． 技 术 标 准[ 标引序号]技 术标准代号， 技术标准名称[ S ] ． 技 术 报 告 [ 标 引序号]作者．文题[ R ] ．报告代码及编号， 地名 责任单位 ， 年份． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m