1000MW火電機(jī)組主汽閘閥國產(chǎn)化用F92材料性能評(píng)定

孟憲忠　王平原

摘要：文章介紹了超（超）臨界火電機(jī)組關(guān)鍵閥門國產(chǎn)化的關(guān)鍵因素，重點(diǎn)介紹了國產(chǎn)化主汽閘閥F92鋼檢驗(yàn)項(xiàng)目及內(nèi)容，檢驗(yàn)了母材、焊接試樣常溫和高溫性能，并對(duì)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)與EN 10216-2：2002（2006修訂）、GB5310-2008、YB/T4713-2008、新日鐵、東方鍋爐公司、蘇州熱工院等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和論文數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞：火電機(jī)組；主汽閘閥；國產(chǎn)化；F92材料；焊接工藝 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH138 文章編號(hào)：1009-2374（2016）08-0133-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.068

1 閥門關(guān)鍵因素

2011年河南開封高壓閥門有限公司成功研制超（超）臨界火電機(jī)組關(guān)鍵閥門國產(chǎn)化第二類樣機(jī)，樣機(jī)產(chǎn)品有主蒸汽電動(dòng)閘閥、液動(dòng)入口及出口三通閥、電動(dòng)入口三通閥、高排抽汽逆止閥、一段抽汽逆止閥、小汽機(jī)排汽電動(dòng)蝶閥4大類共7個(gè)品種，研制過程充分吸收了領(lǐng)導(dǎo)和各類專家的真知卓見及國內(nèi)首家開發(fā)超超臨界大口徑閥門經(jīng)驗(yàn)，歷經(jīng)方案評(píng)審、樣機(jī)研制、合肥通用院第三方檢測試驗(yàn)、驗(yàn)收專家組現(xiàn)場見證測試和專家樣機(jī)鑒定階段，樣機(jī)評(píng)價(jià)結(jié)論為：研制的產(chǎn)品填補(bǔ)了國內(nèi)空白，技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。

主汽閘閥設(shè)計(jì)參數(shù)按照依托工程南通電廠1000MW超（超）臨界機(jī)組參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力為28.84MPa，設(shè)計(jì)溫度：610℃，閥體等承壓件材料：F92。要滿足1000MW超（超）臨界機(jī)組工況要求，閥門主要承壓件閥體、閥蓋、閘板等材料的理化性能及閥體和閥座的對(duì)焊接、密封面堆焊的性能，能否得到有效控制及達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求至關(guān)重要，為此我們針對(duì)F92材料的檢驗(yàn)及焊接工藝評(píng)定做了相應(yīng)的工作。本文僅從主汽閘閥F92材料的檢驗(yàn)和焊接方面加以探討，按照國際和國內(nèi)EN 10216-2：2002（2006修訂）、GB5310-2008、YB/T4713-2008等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)照了公開發(fā)表的東方鍋爐公司楊小川、蘇州熱工院王淦剛及華電管道分公司閆平等論文數(shù)據(jù)加以對(duì)比，佐證超（超）臨界火電機(jī)組關(guān)鍵閥門國產(chǎn)化工作中關(guān)鍵材料研制的能力和實(shí)力。

2 F92材料檢驗(yàn)與焊接評(píng)定

F92是由日本制鋼公司首先開發(fā)研制并被ASME認(rèn)可并批準(zhǔn)的新型鐵素體耐熱鋼，它在F91基礎(chǔ)上添加了一定量的鎢及硼，通過W-Mo復(fù)合固溶強(qiáng)化及B的晶界強(qiáng)化作用，不僅提高高溫蠕變極限，而且有較高的導(dǎo)熱系數(shù)、較低的熱膨脹系數(shù)，增強(qiáng)部件熱疲勞性能，確保機(jī)組能夠更長期穩(wěn)定地工作。保證F92材料性能需要通過各種指標(biāo)加以佐證，其檢驗(yàn)及驗(yàn)收指標(biāo)包括：理化性能、金相、無損探傷；焊接工藝評(píng)定及操作守則。

2.1 F92鍛鋼件理化性能指標(biāo)要求及檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果

2.1.1 母材理化指標(biāo)。

第一，化學(xué)成分（%）：C：0.07～013；Mn：0.3～0.60；Si≤0.50；Ni≤0.4；Cr：8.50～9.50；Mo：0.30～0.60；Nb：0.04～0.09；V：0.15～0.25；Al≤0.04；W：1.50～2.00；S≤0.010；P≤0.020。

第二，機(jī)械性能：σ0.2≥620MPa；σs≥440MPa；δ5≥20%；Ψ≥45%；HB≤269。

第三，金相組織檢驗(yàn)：回火索氏體、晶粒度大于5級(jí)。

第四，無損探傷：驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)《法蘭、螺紋和焊連接的閥門》（ASME B16.34）附錄Ⅳ 2.1條，當(dāng)量缺陷小于6.4mm。

2.1.2 F92材料測試及檢驗(yàn)結(jié)果。

第一，化學(xué)成分檢測結(jié)果。光譜測試采用德國OBLF-1000直讀光譜分析儀進(jìn)行檢測，化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果（爐號(hào)T11A4H2-517）：C：0.12；Mn：0.39；Si：0.22；Ni：0.18；Cr：8.50；Mo：0.43；Nb：0.084；V：0.19；Al：0.006；W：1.56；S：0.010；P：0.020。

第二，機(jī)械性能檢驗(yàn)結(jié)果（爐號(hào)T11A4H2-517）：σ0.2：675MPa，σs：545MPa，δ5：23%，Ψ：56.5%，HB：235。

第三，金相檢驗(yàn)結(jié)果（爐號(hào)T11A4H2-517）：

第四，超聲波探傷檢驗(yàn)結(jié)果：鍛件超聲波探傷結(jié)果：當(dāng)量缺陷小于2mm。

第五，高溫性能符合英文版《壓力無縫鋼管交貨技術(shù)條件第2部分：高溫性能的非合金和合金鋼管》（2006修訂）（EN 10216-2：2002）、《高壓鍋爐用無縫鋼管》（GB5310-2008）及YB/T4713-2008標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 材料焊接工藝評(píng)定

F92鋼焊接工藝評(píng)定和操作過程控制充分借鑒了西安熱工研究院、蘇州熱工院、國網(wǎng)北京電力建設(shè)研究院、上海鍋爐有限公司、東方鍋爐有限公司及有關(guān)電建公司等在F92鋼進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)和研究成果，并且結(jié)合閥門特殊性既有連接焊接和密封面堆焊焊接的特點(diǎn)，依據(jù)ASME規(guī)范IX篇，編制主汽閘閥F92鋼連接焊接及密封面焊接工藝評(píng)定方案及實(shí)施工藝評(píng)定形成PQR，制定出操作WPS文件。

2.2.1 在焊接工藝評(píng)定中應(yīng)控制的因素和參數(shù)：（1）工件焊前的預(yù)熱溫度；（2）焊接電流大??；（3）焊接過程中的層間溫度控制；（4）焊后熱處理的升溫速度及保溫時(shí)間和保溫溫度等。

2.2.2 主要焊接工藝參數(shù)。

第一，預(yù)熱溫度推薦為150℃～200℃。

第二，采用焊條電弧焊的施焊過程中，層間溫度為200℃。

第三，采用小的焊接線能量多層多道焊，后層對(duì)前層的熱處理作用能細(xì)化晶粒。施焊過程中控制焊道的寬度和厚度，焊道寬度一般不超過焊條直徑的3倍，焊層厚度一般為焊條直徑。

第四，焊完后焊件溫度降至100℃以下并保溫1小時(shí)后立即進(jìn)行焊后熱處理，參數(shù)為：以150℃/h的加熱速度升溫至500℃，此后按照100℃/h升溫至760℃；保溫時(shí)間5小時(shí)。

第五，F(xiàn)92手工對(duì)接焊評(píng)定：（1）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：ASME第IX卷（2010版）焊接和釬焊評(píng)定；（2）焊接方法：SMAW/1G、母材：A182 F92+A182 F92；（3）焊材型號(hào)：E9018-G；（4）焊材規(guī)格：Φ3.2mm；（5）接頭形式：U型；（6）評(píng)定范圍：5～200mm；（7）試板尺寸：340mm×210mm×40mm；（8）考核項(xiàng)目：焊縫射線探傷及指標(biāo)：ASME第IX卷QW-191.2、拉伸試驗(yàn)及指標(biāo)：ASME第IX卷QW-153、側(cè)彎試驗(yàn)及指標(biāo)：ASME第IX卷QW-163、沖擊試驗(yàn)及指標(biāo)：ASME第IX卷QW-170。

第六，F(xiàn)92密封面堆焊：（1）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：ASME第IX卷（2010版）焊接和釬焊評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)；（2）焊接方法：SMAW/1G、母材：A182 F92；（3）焊材型號(hào)：ECoCr-A；（4）焊材規(guī)格：Φ3.2mm；（5）接頭形式：平面；（6）評(píng)定范圍：最小厚度25，最大厚度不限；（7）試板尺寸：152mm×152mm×25mm；（8）考核項(xiàng)目：PT探傷及指標(biāo)：ASME第IX卷QW-195.2、硬度檢驗(yàn)QB/KFL403、剖面檢驗(yàn)：ASME第IX卷QW-453（注8）要求、化學(xué)成分檢驗(yàn)QB/KFL403。

3 試樣檢驗(yàn)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)比及分析

3.1 硬度測試采樣點(diǎn)

硬度測試采樣點(diǎn)10個(gè)，硬度值為：HRC41～43。

3.2 焊縫化學(xué)成分分析

C 0.75、Co 69.03、Cr 25.80、W 4.42。

3.3 高溫性能檢驗(yàn)結(jié)果

F92材料高溫性能委托中船重工洛陽725所檢驗(yàn)，在600℃高溫性能試樣檢驗(yàn)分為母材和焊接，檢驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)比如下：

3.3.1 母材高溫拉力檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如表2所示：

3.4 常溫焊接沖擊試樣試驗(yàn)結(jié)果

3.5 焊接試板焊縫射線探傷結(jié)果

4 結(jié)語

超（超）臨界火電國產(chǎn)化F92主汽閥門樣機(jī)材料性能和焊接評(píng)定檢驗(yàn)及結(jié)果，均好于EN10216-2、GB5310-2008、YB/T4713-2008等標(biāo)準(zhǔn)要求和論文數(shù)據(jù)，由此說明，F(xiàn)92閥門樣機(jī)用鋼從冶煉工藝、鍛造工藝、鍛后的熱處理工藝、焊接工藝、檢驗(yàn)方式和方法是可行的，生產(chǎn)、檢測設(shè)備及人員滿足F92鍛件性能要求，可以充分說明超（超）臨界火電機(jī)組關(guān)鍵閥門國產(chǎn)化研制是高水平的，材料方面的工作扎實(shí)并經(jīng)得起歷史的檢驗(yàn)。

該項(xiàng)目產(chǎn)品已成功運(yùn)用于南通電廠、徐州闞山電廠，為公司取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。產(chǎn)品的研制成功，解決了超超臨界火電系統(tǒng)中兩個(gè)國產(chǎn)化難題及高參數(shù)大口徑閥門必須依賴進(jìn)口的局面，為國家和業(yè)主節(jié)約大量的外匯和電站建設(shè)資金，結(jié)束了國外企業(yè)對(duì)該閥門的技術(shù)壟斷和產(chǎn)品壟斷。

參考文獻(xiàn)

[1]主蒸汽閘閥技術(shù)規(guī)范書[S].

[2]高溫用鍛制或軋制合金鋼和不銹鋼公稱管道法蘭、鍛制管配件、閥門和零件（ASME SA182/SA182M）[S].

[3]法蘭、螺紋和焊連接的閥門（ASME B16.34）[S].

作者簡介：孟憲忠（1964-），男，河南開封高壓閥門有限公司副總工程師，質(zhì)量部部長，工程師，研究方向：閥門質(zhì)檢和質(zhì)保；王平原（1963-），男，河南開封高壓閥門有限公司鑄鋼技術(shù)部部長，工程師，研究方向：閥門熱加工工藝及管理。

（責(zé)任編輯：小 燕）