15NiCuMoNb5-6-4鋼管熱處理工藝研究

樂新寶

（上海市安裝工程集團有限公司)

15NiCuMoNb5-6-4鋼管熱處理工藝研究

樂新寶*

（上海市安裝工程集團有限公司)

15NiCuMoNb5-6-4鋼是銅-鎳-鉬合金化鋼，廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)，包括鍋爐汽包、給水系統(tǒng)管道等。在某管道安裝工程中，需要對15NiCuMoNb5-6-4鋼管進行焊后熱處理。由于該管道系統(tǒng)運行負荷大，介質(zhì)溫度高，且管道內(nèi)壁有堆焊不銹鋼耐蝕層，因此，要考慮熱處理工藝對焊縫使用性能和不銹鋼堆焊層耐蝕性能的影響，即熱處理是現(xiàn)場安裝質(zhì)量控制的關(guān)鍵點。

鋼管 焊接 熱處理 壓力管道 WB36鋼 晶間腐蝕 敏化溫度

0 引言

某安裝工程公司進行管道安裝項目，采用15NiCuMoNb5-6-4鋼作為管體母材，同時需要在管道內(nèi)壁堆焊不銹鋼耐蝕層，以滿足管道系統(tǒng)的清潔度要求。此次選用國產(chǎn)鍛造鏜孔厚壁無縫管，管徑最大達1 321 mm，壁厚最大達65 mm。由于該壓力管道系統(tǒng)負載壓力大，介質(zhì)溫度高，并且需要在主回路管道內(nèi)壁堆焊不銹鋼耐蝕層，因此要考慮熱處理工藝對焊縫機械性能和耐蝕性能的影響，熱處理成為現(xiàn)場安裝質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 材料性能

該材料在德國標(biāo)準(zhǔn)VdTüV 377/3中牌號為15NiCuMoNb5(WB36)，材料號為1.6368；在歐盟EN10216.2：2002《承壓用無縫鋼管——交貨技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)中鋼管牌號為15NiCuMoNb5-6-4；在ASME規(guī)范案例中牌號為1.15Ni-0.65Cu-Mo-Nb。在我國標(biāo)準(zhǔn)GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中，該材料牌號為15Ni1MnMoNbCu。

1.1 化學(xué)成分及力學(xué)性能

15NiCuMoNb5-6-4鋼化學(xué)成分、力學(xué)性能及高溫拉伸性能如表1～表3所示。

表1 15NiCuMoNb5-6-4鋼化學(xué)成分（%）

表2 15NiCuMoNb5-6-4鋼力學(xué)性能

表3 15NiCuMoNb5-6-4鋼高溫拉伸試驗值

1.2 材料性能分析

（1）15NiCuMoNb5-6-4鋼性能分析

由表1可見，15NiCuMoNb5-6-4鋼是含Nb微合金化的貝氏體Ni、Cu、Mo鋼，其成分和冶煉手段已不斷被優(yōu)化，使之具有良好的屈服強度和抗拉強度。Nb細化晶粒，Cu通過析出物達到沉淀強化，可提高鋼的高溫強度，但同時導(dǎo)致其具有赤熱脆性，通過添加Ni可消除Cu的不良影響。在選擇焊材時應(yīng)該注意Cu/Ni比率，通常將其控制為1/2[1]。

（2）冷裂紋敏感性及再熱裂紋敏感性

15NiCuMoNb5-6-4鋼焊接性能良好，但是具有一定的冷裂紋和再熱裂紋傾向，因此焊前必須進行預(yù)熱，焊后應(yīng)進行回火處理消除應(yīng)力[2]，且需要匹配強度適中的焊材[1，3]。

2 熱處理工藝探討

該工程管道安裝過程中，需要在管道內(nèi)壁及焊縫處堆焊309MoL過渡層和347L不銹鋼耐蝕面層。奧氏體不銹鋼易受敏化作用而致使靠近晶界的晶粒表面薄層中嚴(yán)重缺鉻 (鉻的有效含量低于12%)，當(dāng)有腐蝕介質(zhì)作用時，缺鉻區(qū)域?qū)a(chǎn)生明顯腐蝕，即晶間腐蝕。為防止管道產(chǎn)生晶間腐蝕，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，避開不銹鋼敏化溫度區(qū)間。

管道焊接熱處理參數(shù)的確定，受到不銹鋼耐蝕性能的制約。在400～850℃溫度區(qū)間內(nèi)，奧氏體不銹鋼存在晶間腐蝕的敏化區(qū)域。通過不銹鋼時間-溫度-敏化（TTS）曲線（如圖1所示）[4-5]，對于含碳量0.04%的奧氏體不銹鋼，可以得到以下結(jié)論：600℃時，保溫時間≤1.5 h；550℃時，保溫時間≤5.5 h；530℃時，保溫時間≤10 h。

圖1 不同含碳量奧氏體不銹鋼TTS曲線

該管道系統(tǒng)屬于壓力管道范疇，按照GB/T 20801—2006《壓力管道規(guī)范——工業(yè)管道》，15NiCuMoNb5-6-4材料相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)中Cr≤0.5合金鋼，則焊后熱處理溫度為600～700℃。

15NiCuMoNb5-6-4鋼主要用于電力行業(yè)的鍋爐、發(fā)電站管道，按DL/T 819—2010《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)，15NiCuMoNb5-6-4鋼焊后熱處理溫度為580～620℃。

因測試平臺原設(shè)計方為德國公司，故按照德國VdTüV WBL 377/3標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)15NiCuMoNb5-6-4鋼厚度為 30 mm＜δ≤150 mm時，焊后熱處理溫度為530～620℃，持續(xù)時間約為60 min。按照DIN EN 10052《鐵基工程材料熱處理的概念》，常規(guī)去應(yīng)力退火的最長停留時間為150 min。如果停留時間超過90 min或多次退火，則取溫度范圍的下限。

采用VdTüV WBL377/3標(biāo)準(zhǔn)是由于15NiCuMoNb5-6-4鋼在德國未列入DIN標(biāo)準(zhǔn)，但在實際使用中是將VdTüV WBL 377/3標(biāo)準(zhǔn)作為德國標(biāo)準(zhǔn)使用的。比較中德兩國標(biāo)準(zhǔn)可知，熱處理溫度差異較大?？紤]到不銹鋼堆焊層的敏化溫度，以及堆焊、對接焊熱處理及可能需要的焊接缺陷修復(fù)熱處理，考慮幾次熱處理時間需累加，則熱處理溫度取下限值。為此，制定出以下熱處理參數(shù)：

（1）堆焊焊后熱處理溫度為540～550℃，保溫時間為60 min。

（2）考慮到對接環(huán)縫焊后熱處理需現(xiàn)場操作，加熱元件布置在管道外壁，熱量由外壁向內(nèi)壁傳導(dǎo)（在壁厚方向必然存在溫度梯度，外壁溫度高，內(nèi)壁溫度低），因此將內(nèi)壁溫度控制在540～550℃之間，平均加熱溫度接近DL/T 819—2010中的要求；管道外壁溫度控制為≤620℃，保溫時間為60 min。

3 結(jié)論

（1）主管道焊縫幾乎不受結(jié)構(gòu)拘束力，焊縫應(yīng)力基本是焊接熱應(yīng)力，總應(yīng)力水平不高。選取的工藝參數(shù)能同時滿足中德兩國標(biāo)準(zhǔn)要求，故按此工藝參數(shù)進行熱處理十分合理，且取得了良好效果。

（2）為降低熱處理對不銹鋼耐蝕層抗晶間腐蝕性能的不利影響，通過合理的熱處理工藝可以有效地控制不銹鋼堆焊層的耐腐蝕性能。

[1]王香云，王文藝，李佶木.WB36鋼焊接工藝性分析及應(yīng)用 [J].機械工程與自動化，2007（3）：71-73，76.

[2]張幼德，林佩珍，王炯祥.WB36鋼焊接性和工藝試驗研究 [J].鍋爐技術(shù)，1993（4）：1-15.

[3]吳世初.金屬的可焊性試驗 [M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社，1983.

[4]許適群.不銹鋼的耐腐蝕性能 [J].石油化工腐蝕與防護，2005，22（5）：41-44.

[5]鄭海生.奧氏體不銹鋼晶間腐蝕問題的研究及防止[J].機電工程技術(shù)，2004，33（1）：46-47.

索爾維為電廠開發(fā)高能效耐用型熱交換器

全球領(lǐng)先的特種聚合物供應(yīng)商索爾維2017年5月宣布，其先進的Hyflon全氟烷氧基氟聚合物（PFA）幫助中國北京新世翼節(jié)能環(huán)保科技股份有限公司成功開發(fā)出大型燃煤電廠用的高能效、可靠型600 MW MGGH換熱器。

MGGH換熱器使用從燃煤鍋爐排出的廢煙氣所攜帶的熱能，從而減少了排放，并有助于滿足“十三五”規(guī)劃更嚴(yán)格環(huán)保政策的要求。北京新世翼有關(guān)人士認為，Hyflon PFA在換熱器應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出色，是新系統(tǒng)設(shè)計的最佳選擇，其在國電北侖電廠的成功投運證明這樣的選擇是明智的。

Hyflon PFA是一種半結(jié)晶可熔融加工的全氟聚合物。擠出加工成的換熱器用管材被組裝在北京新世翼換熱系統(tǒng)中的模塊上。北京新世翼的換熱系統(tǒng)是索爾維的Hyflon PFA首次用于中國大型600 MW MGGH換熱器。該換熱器已在浙江北侖電廠投運了三個月，這次在新的系統(tǒng)投運展現(xiàn)了更高的熱回收、節(jié)能和減排性能。

與其他競爭性的方案相比，索爾維的Hyflon PFA具有更高的耐高溫等級，可以耐受更為多樣的化學(xué)品，是一種適用于極高溫度和極苛刻化學(xué)環(huán)境的工業(yè)級換熱器。這些特性也使得Hyflon PFA在過去的近三十年間，在歐洲和中國的30多座大型火力發(fā)電廠的換熱器中展現(xiàn)了出色的性能。

（莊蓓）

Research on Heat Treatment of 15NiCuMoNb5-6-4 Steel Pipes

Le Xinbao

15NiCuMoNb5-6-4 (Alloy of Cu-Ni-Mo type)has been widely used in power station industry such as boiler steam drum and pipes of water supply system.Post weld heat treatment of 15NiCuMoNb5-6-4 steel tube is needed in the installation of the pipe.Because the pipeline system has large running load,high medium temperature and stainless steel corrosion resisting layer on the inner wall of the pipeline,the influence of heat treatment process on the weld performance and the corrosion resistance of the stainless steel surfacing layer should be considered.Heat treatment has become the key point of field installation quality control.

Steel pipe;Welding;Heat treatment;Pressure piping;WB36 steel;Intergranular corrosion;Sensitizing temperature

TG 156

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.06.018

2017-01-15）

*樂新寶，男，1960年生，工程師。上海市，200080。