電站鍋爐材料質量問題及解決方案

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督檢驗過程中發現的有關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、使用企業在材料選擇、工藝等方面予以借鑒和重視。

電站鍋爐 監督檢驗 材料問題

材料控制一直是鍋爐質量控制中的重中之重，貫穿整個生產流程。有關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，但從制造監檢情況來看，鍋爐生產過程中有關材料方面的各類問題仍然存在。下面是監督部門近年來在開展電站鍋爐制造監檢過程中發現的有關材料方面問題，希望能對各鍋爐制造單位、監檢單位在今后工作當中起到一定的參考作用。

以下將分別從設計—入廠驗收—材料管理—制造等涉及材料的各環節，對電站鍋爐監檢過程中發現有如下幾個有關材料方面的問題。

一、設計工藝環節

1. 適用溫度范圍不符合要求

適用溫度范圍不符合法規要求的較少，主要是不符合企業標準的規定。如材質為12Cr1MoV鍛件，TSG G0001-2012《鍋爐安全技術監察規程》規定：12Cr1MoV鍛件可用于設計溫度為565 ℃及以下場合，但有的企業標準規定不能用于高于540 ℃的場合，而有時圖紙設計溫度達到550 ℃。在此情況下，設計溫度需要符合法規要求，但顯然不符合企業標準的規定。

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

2. 圖紙上未標明鍛件級別

對用于亞臨界和以上參數鍋爐并按JB/T 9626-1999《鍋爐鍛件技術條件》驗收的鍛件，鍛件圖紙上經常發現未注明鍛件級別。JB/T 9626-1999規定，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鍋爐上的鍛件，必須在圖紙上注明鍛件級別。

3. 許用應力數值取錯

許用應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，許用應力按小于或等于75 mm的取值，導致許用應力值偏高；當國內牌號材料用于ASME計算時，未按3.5的安全系數進行折算（依舊按國內的安全系數2.7折算），此時可能會導致選取的許用應力值偏高。

針對此類問題，設計人員應注意以下幾點：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力取值，應注意對許用應力產生影響的壁厚臨界值；3）國內牌號材料用于ASME計算時（尤其當溫度較低，由抗拉強度決定許用應力時），應注意ASME和國內安全系數的區別。

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，F12分1類和2類；F22分1類和3類。針對不同類別許用應力相差很大。

今后設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. 入廠驗收環節缺失

材料由非材料制造企業直接提供時，質量證明書復印件未加蓋供貨單位公章，僅為檢驗用章，不符合TSG G0001-2012的規定。

國內材料制造企業制造境外牌號材料時，對照國內材料標準，如果缺少檢驗項目，應補做所缺項目的檢驗，但有時材料企業提供的質量證明書上缺少應補做的項目。如某國內材料制造企業生產的規格為Φ51 mm×3.6 mm的T12冷拔管，質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的規定執行。如因法規修訂重新頒布，造成制造單位的驗收標準與法規不符時，應及時修訂內部驗收標準。

2. 入廠后管理混亂

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

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。在監檢過程中，就曾發現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。材料錯用將直接關系到鍋爐部件能否在設計工況安全運行，尤其是合金鋼錯用碳鋼，碳鋼長期過熱運行極易產生爆破。

材料編號標記管理混亂。材料未經驗收合格就已經落料。此問題主要發生于趕生產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。

焊材領用單上的牌號、規格、驗收編號、領料人、發料人填寫不全。這類問題易造成焊材錯用，曾發現某制造企業，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，最終產品質量出現問題。

③ 理化試驗報告的簽發人員非責任工程師；有的理化試驗報告和入庫單未經責任工程師簽字，材料就已入庫，不符合質量體系要求。

④ 合金鋼光譜檢查缺做。根據TSG G0001-2012要求，合金鋼管、管件的對接接頭焊縫和母材應當進行化學成分光譜分析驗證。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，可以及時發現，采取補救措施。

⑤ 材料代用時，代用手續不全、代用單日期滯后或代用單未經設計部門同意。

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、未經驗收的材料或非鍋爐材料用于鍋爐。以上材料管理環節混亂主要是因制度執行不力造成。為防止此類問題，制造單位應嚴格執行相應制度，不能因趕進度就使用未經驗收合格的材料；合金管必須進行光譜驗證；領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責任工程師簽字確認；材料代用前必須履行代用手續等。

三、制造環節

1. 鋼管出現重度氧化皮

某制造單位，由于部分管子管端節距偏差，在對材質SA210-C省煤氣管屏進行校正時，管子表面出現重度氧化皮（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，全憑經驗操作，導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，在熱矯正過程中應嚴格按工藝要求對溫度進行控制，最好能有溫控設備對溫度進行監控，不能全憑主觀經驗。

2. 彎管內側出現裂紋

彎管內側出現裂紋（見圖2），一般出現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，操作人員責任心不到位的話就更易出現。一定要強調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外側可適當進行1%～2%磁粉表面檢測。

圖2 彎管內側裂紋

為防止此類裂紋，操作人員應加強責任意識，嚴格按冷作工藝要求執行。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外側可適當進行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、導熱系數低、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的經驗。在實際焊接過程當中，卻經常發現由于工藝執行不到位，導致材料焊后出現冷裂紋、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，對工藝參數波動的敏感性較小。受工藝參數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，對工藝參數波動的敏感性最大。制造過程中，因工藝執行不到位造成P91/P92鋼焊接缺欠的情況也較為突出。

① 預熱溫度、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。預熱溫度、層間溫度過低導致12Cr1MoVG和P91焊縫出現冷裂紋。

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環縫沖擊韌性過低和TP310HCbN焊口熱裂紋。

③ 消氫時間不夠，導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”發生頻率較高。焊后熱處理不及時。消氫時間不夠，則導致P92焊縫出現冷裂紋。

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

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

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

⑥ 原材料撞損。在成品起吊、裝卸等環節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，但不僅會產生額外的成本，有時還影響工期，對水壓后涉及焊接修復的，有時還可能無法重新進行水壓試驗。如某制造單位，在水壓結束并已經進行余量刮除后，吊裝時將集箱管接頭撞壞，在進行焊接修復后，由于余量已刮除，在廠內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：相關責任人員責任心不夠，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進行優化設計；其次，相關責任人員應加強責任心，防止因疏忽大意造成的不必要碰傷。

四、結語

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

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：上海市特種設備監督檢驗研究院）