電站鍋爐材料質(zhì)量問題及解決方案

文/溫吉利 馮冰瀟 符棟良

電站鍋爐材料質(zhì)量問題及解決方案

文/溫吉利 馮冰瀟 符棟良

本文對電站鍋爐制造監(jiān)督檢驗過程中發(fā)現(xiàn)的有關(guān)材料方面問題進行了羅列，并進行剖析，提出解決方法。望鍋爐生產(chǎn)、使用企業(yè)在材料選擇、工藝等方面予以借鑒和重視。

電站鍋爐 監(jiān)督檢驗 材料問題

材料控制一直是鍋爐質(zhì)量控制中的重中之重，貫穿整個生產(chǎn)流程。有關(guān)材料方面的問題均不容小視，如果不從源頭上杜絕，將為鍋爐產(chǎn)品“帶病出廠”提供可能，將對鍋爐的安全運行造成極大危害。各鍋爐制造單位十分重視對材料的控制，但從制造監(jiān)檢情況來看，鍋爐生產(chǎn)過程中有關(guān)材料方面的各類問題仍然存在。下面是監(jiān)督部門近年來在開展電站鍋爐制造監(jiān)檢過程中發(fā)現(xiàn)的有關(guān)材料方面問題，希望能對各鍋爐制造單位、監(jiān)檢單位在今后工作當中起到一定的參考作用。

以下將分別從設(shè)計—入廠驗收—材料管理—制造等涉及材料的各環(huán)節(jié)，對電站鍋爐監(jiān)檢過程中發(fā)現(xiàn)有如下幾個有關(guān)材料方面的問題。

一、設(shè)計工藝環(huán)節(jié)

1. 適用溫度范圍不符合要求

適用溫度范圍不符合法規(guī)要求的較少，主要是不符合企業(yè)標準的規(guī)定。如材質(zhì)為12Cr1MoV鍛件，TSG G0001-2012《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：12Cr1MoV鍛件可用于設(shè)計溫度為565 ℃及以下場合，但有的企業(yè)標準規(guī)定不能用于高于540 ℃的場合，而有時圖紙設(shè)計溫度達到550 ℃。在此情況下，設(shè)計溫度需要符合法規(guī)要求，但顯然不符合企業(yè)標準的規(guī)定。

針對此類問題，制造單位應(yīng)更換更高級別材料，使之符合企業(yè)標準要求；或修改（放寬）企業(yè)標準。

2. 圖紙上未標明鍛件級別

對用于亞臨界和以上參數(shù)鍋爐并按JB/T 9626-1999《鍋爐鍛件技術(shù)條件》驗收的鍛件，鍛件圖紙上經(jīng)常發(fā)現(xiàn)未注明鍛件級別。JB/T 9626-1999規(guī)定，圖紙上未注明鍛件級別者按I級鍛件處理，而亞臨界及以上參數(shù)鍋爐必須使用III級鍛件。

針對此類問題，制造單位今后對用于亞臨界和以上參數(shù)鍋爐上的鍛件，必須在圖紙上注明鍛件級別。

3. 許用應(yīng)力數(shù)值取錯

許用應(yīng)力取錯主要有下列幾種情況：插值法計算錯誤。對T91/P91等材料，壁厚大于75 mm時，許用應(yīng)力按小于或等于75 mm的取值，導(dǎo)致許用應(yīng)力值偏高；當國內(nèi)牌號材料用于ASME計算時，未按3.5的安全系數(shù)進行折算（依舊按國內(nèi)的安全系數(shù)2.7折算），此時可能會導(dǎo)致選取的許用應(yīng)力值偏高。

針對此類問題，設(shè)計人員應(yīng)注意以下幾點：1）強度計算時更加細心，減少因粗心引起的計算錯誤；2）對T91/P91等厚壁材料的許用應(yīng)力取值，應(yīng)注意對許用應(yīng)力產(chǎn)生影響的壁厚臨界值；3）國內(nèi)牌號材料用于ASME計算時（尤其當溫度較低，由抗拉強度決定許用應(yīng)力時），應(yīng)注意ASME和國內(nèi)安全系數(shù)的區(qū)別。

4. 材料類別代號圖紙上未明確

F12/F22等材料類別代號圖紙上標明很重要。如，F(xiàn)12分1類和2類；F22分1類和3類。針對不同類別許用應(yīng)力相差很大。

今后設(shè)計人員在遇到所用材料涉及多種類別時，必須在圖紙上標明類別。

二、材料管理混亂

1. 入廠驗收環(huán)節(jié)缺失

材料由非材料制造企業(yè)直接提供時，質(zhì)量證明書復(fù)印件未加蓋供貨單位公章，僅為檢驗用章，不符合TSG G0001-2012的規(guī)定。

國內(nèi)材料制造企業(yè)制造境外牌號材料時，對照國內(nèi)材料標準，如果缺少檢驗項目，應(yīng)補做所缺項目的檢驗，但有時材料企業(yè)提供的質(zhì)量證明書上缺少應(yīng)補做的項目。如某國內(nèi)材料制造企業(yè)生產(chǎn)的規(guī)格為Φ51 mm×3.6 mm的T12冷拔管，質(zhì)量證明書上缺少脫碳層檢驗。

為解決以上問題，制造單位在入廠驗收時，必須嚴格按TSG G0001-2012的規(guī)定執(zhí)行。如因法規(guī)修訂重新頒布，造成制造單位的驗收標準與法規(guī)不符時，應(yīng)及時修訂內(nèi)部驗收標準。

2. 入廠后管理混亂

① 鍋爐制造企業(yè)入廠復(fù)驗時，缺少復(fù)驗項目。如JB/T 3375-2002《鍋爐用材料入廠驗收規(guī)則》規(guī)定，按GB 5310-1995《高壓鍋爐無縫鋼管》規(guī)定，鋼管的外徑大于22 mm～400 mm，壁厚不大于40 mm時，入廠復(fù)驗應(yīng)進行壓扁試驗。曾發(fā)現(xiàn)某制造單位在入廠復(fù)驗時，按GB 5310-1995標準供貨的規(guī)格為Φ133 mm ×16 mm的12Cr1MoVG鋼管，入廠復(fù)驗時缺做壓扁試驗。

② 材料錯用。在材料未進行標記移植或移植號標錯，且合金鋼缺做光譜檢查的情況下，易造成材料錯用。在監(jiān)檢過程中，就曾發(fā)現(xiàn)多次材料錯用的情況。如12Cr1MoVG錯用碳鋼、15CrMoG錯用碳鋼、12Cr1MoVG錯用15CrMoG、T91錯用12Cr1MoVG、T91錯用T23等。材料錯用將直接關(guān)系到鍋爐部件能否在設(shè)計工況安全運行，尤其是合金鋼錯用碳鋼，碳鋼長期過熱運行極易產(chǎn)生爆破。

材料編號標記管理混亂。材料未經(jīng)驗收合格就已經(jīng)落料。此問題主要發(fā)生于趕生產(chǎn)進度的情況材料未進行標記移植或移植號標錯。此問題是造成材料錯用的首要原因。

焊材領(lǐng)用單上的牌號、規(guī)格、驗收編號、領(lǐng)料人、發(fā)料人填寫不全。這類問題易造成焊材錯用，曾發(fā)現(xiàn)某制造企業(yè)，錯用12Cr1MoVG+T23焊接接頭的焊材，且錯用的焊材未進行過工藝評定，最終產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題。

③ 理化試驗報告的簽發(fā)人員非責(zé)任工程師；有的理化試驗報告和入庫單未經(jīng)責(zé)任工程師簽字，材料就已入庫，不符合質(zhì)量體系要求。

④ 合金鋼光譜檢查缺做。根據(jù)TSG G0001-2012要求，合金鋼管、管件的對接接頭焊縫和母材應(yīng)當進行化學(xué)成分光譜分析驗證。光譜檢查可以對是否用材正確進行檢驗，在材料錯用的情況下，通過光譜檢查，可以及時發(fā)現(xiàn)，采取補救措施。

⑤ 材料代用時，代用手續(xù)不全、代用單日期滯后或代用單未經(jīng)設(shè)計部門同意。

目前，制造單位均有嚴格的材料保管和使用管理制度，以防止不合格材料、未經(jīng)驗收的材料或非鍋爐材料用于鍋爐。以上材料管理環(huán)節(jié)混亂主要是因制度執(zhí)行不力造成。為防止此類問題，制造單位應(yīng)嚴格執(zhí)行相應(yīng)制度，不能因趕進度就使用未經(jīng)驗收合格的材料；合金管必須進行光譜驗證；領(lǐng)料單信息必須填寫完整；材料入庫前，理化試驗報告和入庫單必須經(jīng)責(zé)任工程師簽字確認；材料代用前必須履行代用手續(xù)等。

三、制造環(huán)節(jié)

1. 鋼管出現(xiàn)重度氧化皮

某制造單位，由于部分管子管端節(jié)距偏差，在對材質(zhì)SA210-C省煤氣管屏進行校正時，管子表面出現(xiàn)重度氧化皮（見圖1）。此類問題是由于工人在熱校正過程中過于隨意，未按工藝要求對溫度進行控制，全憑經(jīng)驗操作，導(dǎo)致加熱溫度過高引起。

圖1 重度氧化皮形貌

為防止此類問題，在熱矯正過程中應(yīng)嚴格按工藝要求對溫度進行控制，最好能有溫控設(shè)備對溫度進行監(jiān)控，不能全憑主觀經(jīng)驗。

2. 彎管內(nèi)側(cè)出現(xiàn)裂紋

彎管內(nèi)側(cè)出現(xiàn)裂紋（見圖2），一般出現(xiàn)在延伸率接近標準下限值的材料。在原材料塑性較差的情況下，操作人員責(zé)任心不到位的話就更易出現(xiàn)。一定要強調(diào)多彎制幾個彎頭試樣，各項指標都符合后才能進行批量彎管。對彎曲比小于1.5采用冷彎方法的管子彎管內(nèi)外側(cè)可適當進行1%～2%磁粉表面檢測。

圖2 彎管內(nèi)側(cè)裂紋

為防止此類裂紋，操作人員應(yīng)加強責(zé)任意識，嚴格按冷作工藝要求執(zhí)行。尤其對延伸率接近標準下限值的材料進行彎曲時，一定要強調(diào)多彎制幾個彎頭試樣，各項指標都符合后才能進行批量彎管。當彎曲比小于1.5采用冷彎方法的管子彎管內(nèi)外側(cè)可適當進行1%～2%磁粉表面檢測。

3. 坡口表面粗糙度過大

切削速度、進給量過大，導(dǎo)致坡口表面粗糙度過大（見圖3）。由于奧氏體不銹鋼韌性大、導(dǎo)熱系數(shù)低、切削時塑性變形大、切削熱量大和散熱困難等原因，其切削性能較差，切削加工時應(yīng)更加注意。因此，為防止此類問題，在對奧氏體不銹鋼進行切削時，應(yīng)嚴格控制切削速度和進給量。

圖3 坡口表面粗糙度過大

4. 焊接工藝執(zhí)行不到位

目前，電站鍋爐常用材料主要有：管系（SA210-C、15CrMoG、T12、12Cr1MoVG、12Cr2MoWVTiB、T23、T91、T92、TP304H、S304H、TP347H 、TP347HFG、TP310HCbN等）、汽包、集箱及管道（如13MnNiMo54、SA106-B、SA106-C、P12、12Cr1MoVG 、P91、P92等）。這些材料在國內(nèi)研究和使用已有多年歷史，制造單位在掌握這些材料的焊接工藝方面積累了相當?shù)慕?jīng)驗。在實際焊接過程當中，卻經(jīng)常發(fā)現(xiàn)由于工藝執(zhí)行不到位，導(dǎo)致材料焊后出現(xiàn)冷裂紋、熱裂紋及焊縫金屬韌性低等問題。相對而言，管系材料的焊接工藝較為簡單，對工藝參數(shù)波動的敏感性較小。受工藝參數(shù)波動影響較大的主要集中在集箱等厚壁元件的焊接，其中P91/P92等新型馬氏體耐熱鋼的焊接，對工藝參數(shù)波動的敏感性最大。制造過程中，因工藝執(zhí)行不到位造成P91/P92鋼焊接缺欠的情況也較為突出。

① 預(yù)熱溫度、層間溫度控制效果不好。目前，制造單位主要是由焊工用手持式測溫儀定時進行測量。溫度監(jiān)控的效果受個人因素影響很大，有的測量時間間隔較長，有的卻不測量。預(yù)熱溫度、層間溫度過低導(dǎo)致12Cr1MoVG和P91焊縫出現(xiàn)冷裂紋。

② 焊接線能量控制不好，尤其是熔化極氣體保護焊（GTAW）和手工電弧焊（SMAW）。焊接線能量的影響因素有電流、電壓、焊接速度，GTAW、SMAW的電流和焊接速度受焊工個人因素影響較大。焊接線能量、層間溫度過大，可造成P92環(huán)縫沖擊韌性過低和TP310HCbN焊口熱裂紋。

③ 消氫時間不夠，導(dǎo)致消氫效果達不到工藝要求。目前，制造單位消氫時使用自動控制裝置控制時間較少，消氫時間受個人因素影響較大，尤其在中班或夜班時“消氫時間不夠”發(fā)生頻率較高。焊后熱處理不及時。消氫時間不夠，則導(dǎo)致P92焊縫出現(xiàn)冷裂紋。

④ P91/92鋼焊后熱處理不及時，由于焊接應(yīng)力沒有及時釋放，當環(huán)境潮濕時（黃梅天出現(xiàn)頻率高）易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋。P91/92鋼的焊后熱處理原則上應(yīng)在焊后24 h內(nèi)進行，目前制造單位一般在所有管接頭裝焊結(jié)束后再進行焊后熱處理，實際時間遠超24 h。針對P91/P92鋼的環(huán)縫焊接，制造企業(yè)已通過在焊接結(jié)束后24小時內(nèi)增加了一次消應(yīng)力中間熱處理（700 ℃～720 ℃×3 h），確保焊接應(yīng)力及時釋放。

⑤ P91局部焊后熱處理時，由于設(shè)備故障，熱處理溫度超Ac1溫度，導(dǎo)致焊縫金屬韌性偏低。此問題屬個案，但仍應(yīng)引起足夠重視，熱處理前應(yīng)對設(shè)備的完好性進行檢查。

因此，為減少因焊接參數(shù)波動造成的厚壁元件（尤其是P91/P92鋼）的各種焊接缺欠，應(yīng)加強工藝紀律的執(zhí)行力度，對焊接質(zhì)量影響較大的工藝參數(shù)（如預(yù)熱溫度、層間溫度、焊接線能量、消氫溫度、消氫時間等）和焊后消應(yīng)力熱處理的及時程度應(yīng)嚴格監(jiān)測和控制。

⑥ 原材料撞損。在成品起吊、裝卸等環(huán)節(jié)造成的撞損類缺陷并不少見（如圖4～圖7）。此類缺陷雖然可以修復(fù)，但不僅會產(chǎn)生額外的成本，有時還影響工期，對水壓后涉及焊接修復(fù)的，有時還可能無法重新進行水壓試驗。如某制造單位，在水壓結(jié)束并已經(jīng)進行余量刮除后，吊裝時將集箱管接頭撞壞，在進行焊接修復(fù)后，由于余量已刮除，在廠內(nèi)無法重新進行水壓試驗。

圖4 法蘭面碰傷

圖5 集箱管座焊肉刮掉

圖6 集箱表面碰傷

圖7 集箱坡口碰傷

原材料撞損造成的主要原因有：相關(guān)責(zé)任人員責(zé)任心不夠，在起吊/裝卸過程中疏忽大意，不夠小心造成；部分吊裝工裝設(shè)計不合理，造成在剛起吊時與工件滑脫。

為防止此類問題，首先，對不合理的吊裝工裝應(yīng)進行優(yōu)化設(shè)計；其次，相關(guān)責(zé)任人員應(yīng)加強責(zé)任心，防止因疏忽大意造成的不必要碰傷。

四、結(jié)語

上述各類問題發(fā)生的原因均由非技術(shù)原因造成，主要是由于各項管理制度執(zhí)行不到位，是完全可以避免的。希望制造企業(yè)在今后開展工作時，能逐項排查以上問題，找出自身問題所在，加強相應(yīng)環(huán)節(jié)的制度執(zhí)行，有了嚴格制度而不認真執(zhí)行，制度就等于擺設(shè)。監(jiān)檢單位可加強質(zhì)量體系運轉(zhuǎn)情況的監(jiān)控，定期對各項材料管理制度的執(zhí)行情況進行專項檢查，督促制造單位建立有效的質(zhì)量控制模式，將完備的材料管理制度發(fā)揮其應(yīng)有作用。

The problems relevant to material found by SSEI during the process of power boiler manufacture Supervision and inspection are introduced in this paper.

Power boiler; Supervision and inspection; Problem relevant to material

（作者單位：上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗研究院）