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  • 鍋爐、壓力容器和管道焊接技術的新發展
    添加時間: 2013-5-15 9:49:30 來源:http://www.awhqw.com 作者:無錫316l不銹鋼管 點擊數:3595
    無錫316l不銹鋼管近10年來,國內外鍋爐、壓力容器和管道的焊接技術取得了引人注目的新發展。隨著鍋爐、壓力容器和管道工作參數的大幅度提高及應用領域的不斷擴展,對焊接技術提出了愈來愈高的要求。所選用的焊接方法、焊接工藝、焊接材料和焊接設備首先應保證焊接接頭的高質量,同時必須滿足高效、低耗、低污染的要求。因此,在這一領域內,焊接工作者始終面臨復雜而艱巨的技術難題,要求不斷尋求最佳的解決方案。通過不懈的努力已在許多關鍵技術上取得重大突破,并在實際生產中得到成功的應用,取得了可觀的經濟效益,使鍋爐、壓力容器和管道的焊接技術達到了新的發展水平。

        鑒于鍋爐、壓力容器和管道涉及到許多重要的工業部門,其中包括火力、水力、風力,核能發電設備,石油化工裝置,煤液化裝置、輸油、輸氣管線,飲料、乳品加工設備,制藥機械,飲用水處理設備和液化氣儲藏和運輸設備等,焊接技術的內容是相當廣泛的。本文因篇幅所限,僅就鍋爐、壓力容器和管道用鋼,先進的焊接方法和焊接過程機械化和自動化三方面的新發展作如下概括的介紹。

        鍋爐壓力容器和管道用鋼的新發展

        1 鍋爐用鋼的新發展 字串9

        在鍋爐、壓力容器和管道用鋼這三類鋼中,鍋爐用鋼的發展最為迅速。這主要是近10年來,火力發電站用燃料—煤炭的供應日趨緊張,降低燃料的消耗已成為世界性的迫切需要。為此,必須提高鍋爐的效率。通常鍋爐效率每提高5%,燃料的消耗可降低15%。而鍋爐的效率基本上取決于其運行參數—蒸汽壓力和蒸汽溫度。最近,上海鍋爐廠生產600~670MW超臨界鍋爐的蒸汽壓力為254bar,過熱蒸汽溫度為569℃,鍋爐的熱效率約為43%。如果鍋爐的運行參數提高到特超臨界級,即蒸汽壓力為280 bar蒸汽溫度為620℃,鍋爐的熱效率可提高到47%。目前世界上特超臨界鍋爐的最高工作參數為350 bar/700℃/720℃,鍋爐的熱效率達到了50% 。

        這里應當強調指出,隨著鍋爐效率的提高,鍋爐煙氣中的SO2、NOX和CO2的排放量逐漸下降。因此從減少大氣污染的角度出發,設計制造高工作參數的特超臨界鍋爐也是必然的發展趨勢。

        鍋爐蒸汽參數的提高直接影響到鍋爐受壓部件的強度性能。在超臨界和特超臨界工作條件下,鍋爐的主要部件,如膜式水冷壁,過熱器,再熱器、高壓出口集箱和主蒸汽管道的工作溫度均已達到鋼材蠕變溫度范圍以內。制作這些部件的鋼材在規定的工作溫度下,除了具有足夠的蠕變強度 (或105h高溫持久強度)外,還應具有高的耐蝕性和抗氧化性以及良好的焊接性和成形性能。 

        從鍋爐主要部件用鋼的發展階段來看,即便是工作溫度相對較底的水冷壁部件,也必須采用鉻含量大于2%的Cr-Mo鋼或多組元的CrMoVTiB鋼。按現行的鍋爐制造規程,這類低合金鋼,當管壁厚度超過規定的界限時,焊后必須進行熱處理。由于膜式水冷壁的外形尺寸相當大,工件長度一般超過30m,焊后熱處理不僅延長了生產周期,而且大大提高了制造成本。為解決這一問題,國外研制了一種專用于膜式水冷壁的新鋼種7CrMoVTiB1010。最近,該鋼種已得到美國ASME的認可,并已列入美國ASME材料標準,鋼號為A213-T24。這種鋼的特點是含碳量控制在0.10%以下,硫含量不超過0.010%,因此具有相當好的焊接性。焊前無需預熱。當管壁厚度不大于10 m m,焊后亦可不作熱處理。

        在特超臨界的蒸氣參數下,當蒸氣溫度達到700℃,蒸氣壓力超過370 bar時,水冷壁的壁溫可能超過600℃。在這種條件下,必須采用9%Cr或12%Cr馬氏體耐熱鋼。這些鋼種對焊接工藝和焊后熱處理提出了嚴格的要求,必須采取特殊的工藝措施,才能確保接頭的焊接質量。

        對于鍋爐過熱器和再熱器高溫部件,在超臨界和特超臨界蒸汽參數下,其工作溫度范圍為560~650℃。在低溫段通常采用9~12%Cr鋼,從高溫耐蝕性角度考慮,最好選用12%Cr鋼。在600℃以上的高溫段,則必須采用奧氏體鉻鎳高合金耐熱鋼。根據近期的研究成果,對于高溫段過熱器和再熱器管件,為保證足夠高的高溫耐蝕性和抗氧化性,應當選用鉻含量大于20%的奧氏體鋼,例如25Cr-20NiNbN(HR3C),23Cr-18NiCuWNbN(SAVE25),22Cr-15NiNbN(Tempaloy A-3),和20Cr-25NiMoNbTi(NF709)等。


        在相當高的蒸汽參數下(375 bar/700℃)下,在過熱器出口段,由于奧氏體鋼蠕變強度不足,不能滿足要求,而必須采用鎳基合金,如Alloy617。

        現代奧氏體耐熱鋼與傳統的奧氏體耐熱鋼相比,其最大特點是含有多組元的碳化物強化元素,從而在很大程度上提高了鋼材的蠕變強度。

        對于超臨界鍋爐機組的高壓出口集箱和主蒸汽管道等厚壁部件主要采用改進型的9-12%Cr馬氏體鉻鋼。

        9~12%馬氏體鉻鋼的發展規律與前述的奧氏體耐熱鋼相似,即從最原始的Cr-Mo二元合金向多組元合金演變,其主攻方向是盡可能提高鋼材的高溫蠕變強度,減薄厚壁部件的壁 厚,以簡化制造工藝和降低制造成本。上述鋼種由于 嚴格控制了碳、硫、磷含量,焊接性明顯改善。在國外超臨界和特臨界鍋爐已逐步推廣應用,取得了可觀的經濟效益。

        2 壓力容器用鋼的新發展

        近年來,壓力容器用鋼的發展與鍋爐用鋼不同,其主攻方向是提高鋼的純凈度,即采用各種先進的冶煉技術,最大限度地降低鋼中的有害雜質元素,如硫、磷、氧、氫和氮等的含量。這些冶金技術的革新,不僅明顯地提高了鋼的沖擊韌性,特別是低溫沖擊韌性,抗應變時效性、抗回火脆性、抗中子幅照脆化性和耐蝕性,而且可大大改善其加工性能,包括焊接性和熱加工性能。

        對比采用常規冶煉方法和現代熔煉方法軋制的16MnR鋼板的化學成分和不同溫度下的缺口沖擊韌度和應變時效后的沖擊韌性,數據表明,超低級的硫、磷、氮含量顯著地提高了普通低合金鋼的低溫沖擊韌度和抗應變時效性。

        高純凈化對深低溫用9%Ni鋼的極限工作溫度(-196℃)下的缺口沖擊韌度也起到相當良好的作用,按美國ASTM A353和A553(9%Ni)鋼標準,該鋼種在-196℃沖擊功的保證值為27J。但按大型液化天然氣(LNG)儲罐的制造技術條件,9% Ni鋼殼體-196℃的沖擊功應 70J,相差2.6倍之多。這一問題也是通過9% Ni鋼的純凈化處理而得到完滿的解決。同時還大大改善了9% Ni鋼的焊接性。焊接不必預熱,焊后亦無須熱處理。對于厚度30mm以下的9%Ni鋼,焊前不必預熱,焊后亦無需熱處理。這對于大型(10萬m3以上)LNG儲罐的建造,具有十分重要的意義。

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