BHW35材質(zhì)的厚壁鍋筒制造難點(diǎn)與工藝控制淺析

虞國(guó)鋒 李霽光

（南通萬(wàn)達(dá)鍋爐有限公司 南通 226014）

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BHW35材質(zhì)的厚壁鍋筒制造難點(diǎn)與工藝控制淺析

虞國(guó)鋒 李霽光

（南通萬(wàn)達(dá)鍋爐有限公司 南通 226014）

摘 要：BHW35材料強(qiáng)度高，具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能，廣泛應(yīng)用于鍋爐行業(yè)高壓、超高壓、亞臨界鍋爐厚壁鍋筒中。但該材料制造要求嚴(yán)格，過(guò)程控制不當(dāng)，極易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。本文就BHW35厚壁鍋筒制造難點(diǎn)進(jìn)行分析，從下料、封頭成形、筒節(jié)卷制、焊前預(yù)熱、消氫處理、焊后熱處理等重點(diǎn)工序提出有效的工藝措施及過(guò)程控制要求，為大容量、高參數(shù)鍋爐中BHW35材質(zhì)的厚壁鍋筒制造提供一些可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：BHW35材料 厚壁鍋筒 工藝措施 技術(shù)要求

Discussion on Manufacturing Diffi culties and Process Control of the BHW35 Thick Walled Steam Drum

Yu Guofeng Li Jiguang
(Nantong Wanda Boiler Co., Ltd. Nantong 226014)

Abstract With high material strength and good comprehensive mechanical property and process performances, BHW35 is widely adopted in thick steam drum constituting part of high pressure super-high pressure and sub-critical pressure boiler. However, any improper control during processing of this material could be extremely likely to result in quality problems. This paper analyzes difficult points with respect to manufacturing of drum adopting this material, and proposes effective procedure measures and quality control requirements to key processes, such as material preparation, forming of head, rolling of cylindrical shell section, preheating before welding, hydrogen elimination and PWHT, so as to provide some experiences to be referred regarding manufacturing of thick drum using material of BHW35 in large capacity high-parameters boilers.

Keywords Material BHW35 Thick walled drum Procedure measures Technical requirement

根據(jù)我國(guó)節(jié)能減排、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的要求，發(fā)展大容量、高參數(shù)鍋爐是提高熱效率，降低能耗，節(jié)約一次能源，改善環(huán)境的必然趨勢(shì)。筆者公司主要生產(chǎn)循環(huán)流化床、垃圾爐、水煤漿鍋爐、余熱爐等環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品為主A級(jí)鍋爐制造企業(yè)。最近，公司簽定了一臺(tái)額定蒸汽壓力11MPa高壓水煤漿鍋爐，該鍋爐鍋筒材料采用BHW35、厚度δ70mm。BHW35厚壁鍋筒制造難度較大，過(guò)程控制不當(dāng)，極易出現(xiàn)裂紋。本文就BHW35材質(zhì)的厚壁鍋筒制造難點(diǎn)進(jìn)行分析、提出切實(shí)有效的工藝措施，為BHW35厚壁鍋筒提供一些可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，以期收到拋磚引玉的效果。

1 BHW35鋼化學(xué)成分與力學(xué)性能

BHW35是德國(guó)研制鋼種，合金元素設(shè)計(jì)合理，組織穩(wěn)定，具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能［1］。該鋼種一般在正火加高溫回火狀態(tài)下使用，鋼中加入了微量的鈮細(xì)化晶粒，提高鋼的韌性和防止脆性破壞的能力［2］。最先由德國(guó)蒂森鋼鐵公司和亨利鋼廠研制開(kāi)發(fā)，我國(guó)后來(lái)開(kāi)發(fā)的13MnNiMo54鋼與BHW35相近。主要用于高壓、超高壓、亞臨界鍋爐厚壁鍋筒的制造。

表1　BHW35鋼化學(xué)成分表(%)［2］

表2　BHW35鋼的力學(xué)性能［2］

2 BHW35厚壁鍋筒制造主要工藝流程（見(jiàn)圖1）

圖1　BHW35厚壁鍋筒制造工藝流程圖

3 制作難點(diǎn)

BHW35鋼強(qiáng)度高，鍋筒卷制時(shí)不嚴(yán)格進(jìn)行過(guò)程控制，極有可能引起筒體卷制開(kāi)裂；材料冷裂傾向，焊縫易產(chǎn)生延遲裂紋；焊后熱處理不當(dāng)，焊縫的力學(xué)性能不合格等重大質(zhì)量問(wèn)題。

4 工藝措施及過(guò)程控制要求

4.1 下料

為減少溫差造成的應(yīng)力，鋼板氣割下料前需進(jìn)行預(yù)熱，推薦溫度為≥120℃。我國(guó)主要是舞陽(yáng)鋼鐵廠生產(chǎn)，考慮到合金元素及雜質(zhì)成分，預(yù)熱溫度建議適當(dāng)提高，（生產(chǎn)實(shí)踐中一般150℃～200℃）。下料時(shí)可考慮用火焰加熱的方法進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱寬度為2倍的板厚且不小于100mm。氣割下料后必須將板的四周修磨成圓角，尤其鋼板的卷制方向。卷制時(shí)外側(cè)鋼板受拉應(yīng)力，內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力，因此，鋼板的外側(cè)圓角要大一些（一般不小于R6mm），內(nèi)側(cè)可小一些（一般R3mm左右）。避免氣割邊緣的缺口缺陷在筒節(jié)卷制時(shí)出現(xiàn)開(kāi)裂。對(duì)于筒體縱縫，氣割去除預(yù)彎余量后，要對(duì)楔形坡口面仔細(xì)打磨，并進(jìn)行100%MT，坡口表面不得有細(xì)微裂紋。

4.2 封頭壓制

鋼的組織中奧氏體塑性高，屈服強(qiáng)度低，容易塑性加工成形。所以鋼的鍛造加工、熱壓成形常常要求在奧氏體穩(wěn)定存在的溫度區(qū)域范圍內(nèi)。因而，封頭毛坯的加熱需在材料A3線上面。但溫度不能過(guò)高，溫度過(guò)高使奧氏體晶粒長(zhǎng)得很粗大，致使塑性很差。甚至產(chǎn)生過(guò)熱或過(guò)燒現(xiàn)象［3］。生產(chǎn)實(shí)踐中，BHW35材質(zhì)的封頭壓制的加熱規(guī)范：始?jí)簻囟?70℃～1000℃，終壓溫度≥850℃；保溫時(shí)間：1.4～1.6min/mm。同時(shí)將熱電偶貼合放置在工件上，有效控制加熱規(guī)范。封頭熱加工后，為了恢復(fù)材料的力學(xué)性能，需進(jìn)行正火加回火處理。為了驗(yàn)證封頭的力學(xué)性能，封頭熱壓成型及熱處理過(guò)程中需同爐增加一塊試板。

4.3 筒體卷制、坡口加工

BHW35鍋筒不采用冷卷工藝，可采用溫卷或熱卷工藝，熱卷加熱溫度：950～990℃。熱卷后為了滿足材料的機(jī)械性能，必須正火加高溫回火處理。生產(chǎn)實(shí)踐中，便于操作和成本考慮較多采用溫卷，溫卷溫度不超過(guò)鋼板出廠的回火溫度，一般600℃左右。

圖2　縱縫坡口型式

縱縫坡口采用V型坡口加墊板（見(jiàn)圖2），卷制后氣割加工坡口，氣割前必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度150℃～200℃。氣割后打磨清理干凈，坡口表面100%MT探傷檢查。墊板碳弧氣刨清除，碳弧氣刨前預(yù)熱，清除后打磨清理干凈100%MT無(wú)損檢測(cè)合格后再焊接一層，以減少應(yīng)力集中。筒節(jié)卷制后每節(jié)筒節(jié)上裝焊兩塊固定板防止筒節(jié)變形。

筒節(jié)的環(huán)縫一般采用UV型坡口形式（見(jiàn)圖3），筒節(jié)校圓后可采用大型車(chē)床等設(shè)備機(jī)加工而成。

圖3　環(huán)縫坡口型式

4.4 焊接、無(wú)損檢測(cè)要求

1）焊前預(yù)熱溫度150℃～200℃；

2）焊接時(shí)層間溫度不得過(guò)低，應(yīng)控制在200～300℃，否則易產(chǎn)生裂紋。每層焊完后要清渣，防止產(chǎn)生未熔合、夾渣等缺陷；

3）焊劑嚴(yán)格烘干，鍋筒的縱縫、環(huán)縫、集中下降管、人孔圈焊縫焊后應(yīng)立即進(jìn)行消氫處理，消氫溫度：350～400℃，保溫時(shí)間2～3h。環(huán)縫消氫可采用環(huán)形罩式局部熱處理罩。縱縫消氫進(jìn)爐整體處理，消氫過(guò)程不間斷，熱電偶放置在工件上，加強(qiáng)巡檢；

4）縱、環(huán)縫焊縫焊后應(yīng)進(jìn)行100%RT+100%UT+100%MT無(wú)損探傷，由于BHW35材料具有延遲裂紋的傾向，焊縫的無(wú)損檢測(cè)時(shí)機(jī)應(yīng)在焊接完成24h后進(jìn)行。

4.5 熱處理要求（見(jiàn)圖4）

圖4　熱處理周期示意圖

1）封頭壓制后為了恢復(fù)材料的力學(xué)性能，需正火加回火處理；

2）筒節(jié)縱縫校圓時(shí)，為了避免校圓時(shí)應(yīng)力過(guò)大，增加中間熱處理；

3）正火保溫溫度：930±10℃，均熱2.0min/ mm，保溫后空冷；回火保溫溫度：660±10℃，均熱3.0min/mm［2］；

4）焊后熱處理：鍋筒焊后應(yīng)進(jìn)行整體熱處理，在熱處理前由檢驗(yàn)員確認(rèn)所有焊接工作已全部結(jié)束并經(jīng)檢驗(yàn)合格。焊后整體熱處理溫度：575±15℃，保溫后隨爐冷卻。

5）正火、焊后熱處理保溫時(shí)間：

t ≤50mm時(shí)，0.04t小時(shí)，但不得少于15min；

t ＞50mm時(shí)，（150+t）/ 100h；

6）加熱速度：

在加熱過(guò)程中，400℃以上溫度范圍內(nèi)應(yīng)控制加熱速度。

V1≤220×25/t，且最大不超過(guò)220℃/h

7）冷卻速度：

在冷卻過(guò)程中，300℃以上溫度范圍內(nèi)應(yīng)控制冷卻速度。

V2≤275×25/t，且最大不超過(guò)275℃/h

4.6 其他一些要求

1）大口徑管孔開(kāi)孔可采用氣割，氣割起點(diǎn)應(yīng)在孔內(nèi)，氣割后打磨掉滲碳層及氣割起點(diǎn)尖角,打磨后應(yīng)進(jìn)行100% MT探傷檢查；

2）該材料脆性轉(zhuǎn)變溫度較高，水壓試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)用水溫度大于50℃。

5 結(jié)束語(yǔ)

BHW35厚壁鍋筒制造有較大難度，只要嚴(yán)格控制好卷制前的一些細(xì)節(jié)和卷制溫度，認(rèn)真做好焊前預(yù)熱、焊后消氫處理、熱處理等工序，就能有效防止卷裂、焊接裂紋產(chǎn)生，達(dá)到材料的綜合力學(xué)性能，制造出質(zhì)量?jī)?yōu)良的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1] 谷春艷，劉益. BHW35鋼的焊接工藝[J].焊接，2004，(05)：39-40.

[2] 潘家禎.壓力容器材料實(shí)用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[3] 魏鋒，等.壓力容器用材料及熱處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

收稿日期：（2015-08-12）

作者簡(jiǎn)介：虞國(guó)鋒(1971～)，男，本科，高級(jí)工程師，從事鍋爐及壓力容器工藝研究工作。

文章編號(hào)：1673-257X(2016)03-0027-03

DOI:10.3969/j.issn.1673-257X.2016.03.006

中圖分類號(hào):X933.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B