T91密排管焊缝硬度超标原因分析及解决方案研究Analysis of the cause of the hardness exceeding of T91close pitched tube weld seams and its corresponding solutions
周龙，汤淳坡
（国电泰州发电有限公司，江苏泰州225300）
摘要：泰州公司在1000MW超超临界二次再热机组锅炉检修过程中发现部分一次低温再热器T91材质密排管对接焊缝硬度不符合标准要求。通过对比不同硬度值焊缝的现场里氏硬度值和实验室台式硬度仪检验结果，发现当现场里氏硬度检验结果达到290HBHLD时，其结果与试验室检验结果相差较大，而现场里氏硬度检验结果低于290HBHLD时，其结果与试验室检验结果相差较小。进一步进行金相观察、拉伸试验及弯曲试验后，发现当现场硬度达到273HBHLD时焊缝硬度、组织及各项性能符合要求。根据修正后的现场检验硬度数据，通过改进热处理工艺等措施制定了针对性的返修方案，并取得了很好的效果。 关键词：1000MW发电机组；二次再热；T91钢；硬度；焊后热处理；密排管
Abstract：During1000MW ultra supercritical double reheat station boiler overhaul，hardness of some primary low temperature reheater tubes，made by T91，is not up to the standard．By comparing diffe
rent on－site results of richter hardness with lab results of desktop hardness，the research shows that there is a large difference be-tween the two when the richter hardness value is over290HBHLD，while otherwise the difference is little．Fur-ther more，when the richter hardness value is under273HBHLD，the functions of tubes＇weld seams meets the standards checked by a series of metallurgical structure and bending tests．By improving the post weld heat treatment process，a specific repair program is developed，according to the revised richter hardness data．And it acquires a good result that eliminates hidden dangers for unit operation．
Key words：1000MW power unit；ultra－supercritical double reheat；T91steel；hardness；postweld heat treat-ment；close pitched tube
中图分类号：TM621文献标识码：B文章编号：1674－8069（2019）01－060－03
0引言
T91钢作为一种具有良好高温性能的马氏体耐热钢，广泛应用于超临界及超超临界电站锅炉［1－2］。高温回火热处理工艺是保证T91焊接接头质量的关键环节，如果工艺执行不当会形成淬硬组织，而导致接头早期失效［3－4］。硬度是反映焊接接头质量的关键指标，进行硬度检验是衡量T91焊接接头热处理效果的重要手段［5］。由于电站锅炉检验工作量巨大，且需要在不损伤被检验部件的条件
下进行，因此硬度检验一般采用便携式里氏硬度计进行［6］，但是由于检验原理、里氏硬度与布氏硬度转换及现场检验条件等原因，便携式里氏硬度计检验结果与台式布氏硬度计检验结果存在一定的误差，这给现场的检验工作带来了很大困难，这种困难在小径薄壁管的检验过程中表现更甚［7－10］。泰州公司二期锅炉一次低温再热器采用SA213T91材质，规格为D60ˑ5/D60ˑ6．5mm，检修过程中发现该部件现场对接焊缝存在硬度偏高问题。本文在分析问题原因的基础上，采用现场便携式里氏硬度计检验及取样进行实验室性能检验相结合的方法，制定了科学合理的返修方案，取得了良好的效果。
1问题简介
泰州公司二期锅炉一次低温再热器管屏共178排，每排6根管子，合计1068根管子。基建期分上、中、下三部分供货，因此现场对接焊缝分两组，上部与中部连接焊缝为地面组合焊接，中部与下部连接焊缝为吊装后组合焊接。检修过程中，采用便携式里氏硬度计对两组现场安装焊缝进行了硬度检验，按照《火力发电厂金属技术监督规程（DL/T438－2016）》中“T91焊缝硬度合格范围为185－290HB”
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的规定，上部与中部1068只连接焊缝中，有114只焊缝硬度偏高，中部与下部1068只连接焊缝中，有4
对接焊缝82只焊缝硬度偏高。考虑到便携式里氏硬度计在小径薄壁管检验中的误差问题，笔者割取了部分有代表性的焊接接头进行了试验室硬度、金相、拉伸和弯曲试验，根据试验结果并结合现场硬度检验结果制定了针对性的返修方案。
2试样的选择及试验结果
现场割取了不同硬度值的焊接接头，共计取样6只，现场检测焊缝硬度分别为≥320HB、310 320HB、300 310HB、290 300HB、280 290HB和270 280HB，为方便起见，上述样品分别编号为1 6号样品。
2．1台式机硬度检验
依据《金属维氏硬度试验第1部分（GB/ T4340．1－2009）》对1 6号样品进行硬度检验。为了与现场硬度检验结果进行比对，依据德国标准DIN50150对试验室台式机上检验的HV30硬度结果进行转换，结果见表1。结果表明，当现场检测硬度值超过290HBHLD时，其结果与实验室检验结果相差较大，最大达到61HB；当现场硬度检验低于290HBHLD时，其结果与试验室检验数据相差约15－17HB。而现场硬度在273HBHLD时，实验室硬度正好达到标准要求的290HB。
表11 6号取样管焊缝硬度检验数据对比表
样品编号现场检测平均
硬度/HBHLD
台式机检测平均
硬度/HV30
台式机换算布氏
硬度/HB
硬度差
Δ/HB
1号32340438461
2号31237335543
3号30538436560
4号29036434656
5号28331329815
6号27330529017
2．2金相检验
依据《钢的显微组织评定方法GB/T13299－1991》对1 6号样品进行金相组织观察，1 6号样品焊缝金相组织照片结果显示，1 5号样品焊缝组织均为回火马氏体+淬硬马氏体，6号样品焊缝组织为回火马氏体组织。2．3拉伸试验
依据《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法（GB/T228．1－2010）》对试样管焊接接头进行拉伸试验，每个样品管制取2个试样进行拉伸试验，分别编号为X（样品号）－1、X（样品号）－2，试验结果如表2所示，结果表明，1 6号样品焊接接头强度均满足标准要求。根据《高压锅炉用无缝钢管（GB5310－2008）》要求，T91材料的抗拉强度不低于585MPa，屈服强度不低于415MPa。
表21 6号样品焊接接头拉伸试验结果
样品编号Ｒm/MPaＲp0．2/MPa A/%
1－168953418．5
1－267251218．0
2－160548015．5
2－261547716．0
3－167752216．0
3－268652816．5
4－158846317．0
4－260147716．0
5－162749417．5
5－260745916．0
6－160247017．5
6－259146316．0
2．4弯曲试验
依据《金属材料弯曲试验方法（GB/T232－2010）》对试样管焊接接头进行弯曲试验，每个样品管制取2个试样进行弯曲试验，分别编号为X（样品号）－3、X（样品号）－4，试验结果如表3所示，结果表明，除了2号、6号样品未出现肉眼可见裂纹，满足标准要求外，其余样品均不满足标准要求。弯曲压头直径为20mm；支辊间距为35mm；弯曲角度α为180ʎ。
3原因分析及对策
3．1原因分析
由一次低温再热器设计图纸及现场测量可以看出，一次低温再热器管屏相邻两屏管子之间距离为60mm，同一屏相邻两根管子之间距离为15mm。由于管排之间距离较短，安装过程中焊后热处理采用整屏管子或者几根管子同时加热保温的方式进行，
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且采用柔性陶瓷电阻加热器进行，这种热处理方式由于局部加热方式自身的影响、现场保温条件影响
及操作人员水平影响等原因，整个加热区内会形成一个中间高两边低的温度场，而为了尽量保证加热区内温度场的均匀性，控温热电偶一般加装在最中间的管子上，这就会导致两边的管子热处理温度达不到实际要求的温度。最终导致部分管道焊缝未达到标准要求的回火温度或保温时间，焊缝中出现淬硬组织。
表31号－6号样品焊接接头弯曲试验结果
样品编号厚度
/mm
宽度
/mm
长度
/mm
检测结果
1－3（面弯）5．2815．07160试样弯曲外表面有肉眼可见裂纹1－4（背弯）5．2014．98160试样弯曲外表面有肉眼可见裂纹2－3（面弯）5．6915．09160试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹2－4（背弯）5．6315．06160试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹3－3（面弯）5．2114．98160试样弯曲外表面有肉眼可见裂纹3－4（背弯）5．2314．99160试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹4－3（面弯）3．9215．06160试样弯曲外表面有肉眼可见裂纹4－4（背弯）4．1815．05160试样弯曲外表面有肉眼可见裂纹5－3（面弯）4．3815．01160试样弯曲外表面有肉眼可见裂纹5－4（背弯）3．7015．00160试样弯曲外表面有肉眼可见裂纹6－3（面弯）4．8015．06160试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹6－4（背弯）5．8115．09160试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹
3．2处理措施
对硬度偏高的焊缝重新进行回火处理，且在回火处理时，采用机械方式增大管子间距，保证每根管子单独进行加热保温，且每根管子均加装热电偶，控制或者监测加热温度，保证加热温度在要求范围内；便携式里氏硬度计检验数据需要进行修正，根据上述试验结果，现场对硬度高于273HBHLD的焊缝重新进行热处理；重新进行回火处理后，对焊缝进行硬度检验、射线检验及磁粉检验等检验工作。
4结语
T91钢焊缝金属现场硬度在超过290HBHLD 时，其检验结果与试验室台式硬度仪上的检验结果存在较
大偏差。焊缝金属现场硬度低于290HBHLD时，焊缝实际硬度=现场硬度（HBHLD）+15－17HB左右。而现场硬度在273HBHLD时，实验室硬度正好达到标准要求的290HB左右。发现T91钢焊缝金属硬度值与微观金相组织及力学性能之间存在一定的对应关系。当焊缝金属现场硬度为273HBHLD即实际硬度为290HB时，组织为回火马氏体，且拉伸及弯曲试验结果均符合标准要求，而现场硬度超过273HBHLD即实际硬度超过290HB时，组织中均有淬硬马氏体，且弯曲试验基本不能满足要求，需要重新进行热处理，这符合相关标准的要求。
通过对焊缝硬度及金相组织的检验及对热处理工艺的分析，可以判断某电站锅炉T91材质一次低温再热器管屏对接焊缝硬度偏高是由于焊后热处理不当导致。而在电站锅炉密排管的焊后热处理过程中，多根管子同时加热保温的方式虽然具有工作量小、操作方便等优点，但是存在着个别管子热处理温度不达标的风险，在现场条件满足的情况下，应尽量避免采用此种热处理方式。并且在锅炉设计过程之中，应充分考虑对现场施工的影响，避免出现此类因管排布置太密集而导致现场不能充分按照工艺执行的问题。
参考文献：
［1］谢航云．某锅炉侧墙下集管座失效分析［J］．电力科技与环保，2016，32（6）：59－60．
［2］徐德录，郭军，陈玉成．T91钢的性能及在我国电站锅炉中的应用前景［J］．电力建设，1999，
（2）：12－22．
［3］王然，贺明贤．热处理对T91钢金相组织及显微硬度的影响［J］．金属热处理，2000，（11）：6－8．
［4］吴军，电站用T91钢的性能及焊接［J］．中国电力，2002，35（10）：40－44．
［5］李益民，史志刚，蔡连元，等．P91主蒸汽管道高硬度和低硬度焊缝性能研究［J］．热力发电，2007，（5）：89－92．
［6］桑国旗．里氏硬度计的发展及正确选型与正确使用［J］．热处理，2005，20（4）：50－55．
［7］杨超，汤淳坡，孙雄．低硬度P91钢管件布氏硬度转换值存在偏差原因分析［J］．理化检验，（物理分册），2015，51（9）：608－611．［8］杨德坚．便携式里氏硬度计测量精度的影响因素［J］．计量与测试技术，2014，41（3）：45－50．
［9］强敏．里氏硬度检测的主要影响因素分析［J］．冶金标准化与质量，2005，（5）：5－7．
［10］董桥生．奥氏体不锈钢新管腐蚀泄漏原因分析［J］．电力科技与环保，2016，32（6）：40－42．
收稿日期：2018-07-30；修回日期：2018-09-10
作者简介：周龙（1988-），男，江苏省人，硕士研究生，工程师，从事火力发电厂金属监督工作。E－mail：zhoul@gdtz．com．cn
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