P92焊縫IV型蠕變開裂機(jī)理

1、P92焊縫IV型蠕變開裂機(jī)理一、焊縫的開裂機(jī)理超超臨界機(jī)組的主再熱等蒸汽管道材料由于設(shè)計溫度在600C及以上，通常采用 P92鋼（10Cr9MoW2VNbBN P92 鋼是在P91 （10Cr9Mo1VNbN鋼的基礎(chǔ)上，通過添加2%左右的W降低0.5%Mo含量以調(diào)整鐵素體與奧氏體形成元素的平 衡（在耐熱鋼的合金化設(shè)計中，一般添加兩份的W量相當(dāng)于一份Mo量，用鉬當(dāng)量（M0+1/2W 表示），W和Mo同時添加 可有效提高鋼的強(qiáng)度，特別是鋼的蠕變強(qiáng)度。焊接接頭由焊縫、熱影響區(qū)和母材組成，熱影響區(qū)又分為粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)和臨界區(qū)（又稱為不完全重結(jié)晶區(qū)）,由于焊接接頭 具有材料和力學(xué)性能的不均質(zhì)特性，因此高

2、溫條件下是系統(tǒng)最薄弱環(huán)節(jié)之一。國際上根據(jù)蠕變裂紋產(chǎn)生的位置 將焊接接頭的蠕變失效分為四種類型：I型開裂是指蠕變裂紋出現(xiàn)在且局限在焊縫金屬中；口型開裂是指蠕變裂紋出現(xiàn)在焊縫金屬中，并從焊縫金屬中向母材中發(fā)展；川型開裂是指蠕變破壞發(fā)生在粗晶區(qū)內(nèi)；W型開裂是指蠕變破壞發(fā)生在細(xì)晶區(qū)或臨界區(qū)中。IV型蠕變開裂是P92材質(zhì)焊接接頭的典型失效特征。其產(chǎn)生的根本原因是由于 P92鋼的細(xì)晶區(qū)晶粒很細(xì)、是一個軟 化帶，使得鋼的高溫持久強(qiáng)度低于其他區(qū)域，且在運(yùn)行（高 溫時效）中，由于laves相和MkQ的進(jìn)一步長大，使得鋼的 蠕變強(qiáng)度進(jìn)一步下降。LAVES 相：AB,即（Fe, Cr）2（Mo, W）P91 (10

3、Cr9Mo1VNbN 里主要是(Fe , Cr) 2M0,P92 (10Cr9MoW2VNbBN里主要是(Fe , Cr) 2(Mo, W) laves相發(fā)展過程中，較小時會起強(qiáng)化作用，但長大到0.5卩m以上時，就會影響鋼的高溫性能。研究認(rèn)為0.5卩m是對蠕變強(qiáng)度有利和不利的分界點(diǎn)。隨著laves相的進(jìn)一步長大、析出，脫落就會形成蠕變空洞。根據(jù)國內(nèi)外金屬界大 量的研究表明，P92材質(zhì)焊接接頭連續(xù)運(yùn)行時間超過7000h以上，細(xì)晶區(qū)和臨界區(qū)就有可能出現(xiàn)明顯的蠕變空洞，其中細(xì)晶區(qū)最嚴(yán)重，并隨著蠕變時間的增加，蠕變空洞長大并逐漸聚合連接成裂紋，最終會在細(xì)晶區(qū)發(fā)生典型的IV型蠕變開裂問題。焊接接頭在不同

4、溫度下的蠕變性能如下圖所示。600 C下1萬小時后出現(xiàn)明顯分界點(diǎn)。P92鋼焊縫的減弱系數(shù)在600 C達(dá)到0.62 , 625 C時為0.53 (正常設(shè)計時焊縫減弱系 數(shù)取值一般為1)。如果存在彎曲應(yīng)力， 它的減弱系數(shù)可以降 到0.5或更低，也就是說它的壽命會大幅度降低，綜合考慮 1.5倍設(shè)計安全裕度后，正常10萬小時也是P92鋼運(yùn)行控制 的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。Itfto11O4Tim# to njphjFfrhi|iFIG, 17 COMPARISON OF DATA AND MASTER CURVESfldL巨番豈二、焊縫開裂影響因素 分析焊縫開裂的主要影響因素有：一 是運(yùn)行溫度，越高 越不利（605

5、/615/620 C）。二是應(yīng)力，越大越不利，如管道 正常的內(nèi)壓應(yīng)力（周向應(yīng)力） ，膨脹應(yīng)力，結(jié)構(gòu)應(yīng)力（三通 等部件的殘余應(yīng)力，吊架異常造成的附加應(yīng)力等。 三是運(yùn)行 時間，越長蠕變孔洞會越大； 四是焊接及熱處理，焊接熱輸 入量大、偏離熱處理工藝及控制等； 力學(xué)性能（如硬度低等） ； 修復(fù)熱處理時，原先焊縫熱影響區(qū)是否去除干凈等因素（此 條很重要） 。五是 焊接熱循環(huán)次數(shù) （諸如焊接修復(fù)、 挖補(bǔ)等）； 國內(nèi)有研究表明熱循環(huán)大幅度降低蠕變壽命， D/T438 因此也 規(guī)定，焊接熱處理不允許超過兩次。三、發(fā)現(xiàn)的問題情況1. 系統(tǒng)外：玉環(huán)電廠（2006年投產(chǎn)，600C，我國第一 臺百萬機(jī)組）運(yùn)行了 9

6、 萬多小時，至今只有一個三通的肩部 焊縫出現(xiàn)了裂紋、 取樣管出現(xiàn)了開裂， 其他焊縫均未發(fā)現(xiàn) IV 型裂紋。但是只運(yùn)行 4 萬小時左右的國華綏中電廠，已經(jīng)有4 道焊縫出現(xiàn)了 IV 型裂紋，這些焊縫均是基建安裝焊縫。2. 集團(tuán)公司： 目前發(fā)現(xiàn)了潮州 3 號主蒸汽、南京 1 號再 熱蒸汽、寧德2號主蒸汽管道三起 P92焊縫開裂事件，機(jī)組 累計運(yùn)行都在 7 萬小時以上，而且全是返修過的焊口。返修 后運(yùn)行時間分別為 2.5/4.7/3.0 萬 h 不等。目前分析主要原 因是與當(dāng)初的返修工藝有關(guān)，都沒有采用增加短接方式，判 斷返修時熱影響區(qū)沒有去除干凈，加劇 laves 相長大析出， 短時間內(nèi)即形成蠕變孔

7、洞有關(guān)。3. 經(jīng)過排查， 集團(tuán)公司目前 14 家超超臨界機(jī)組的主、 再熱、導(dǎo)汽管、旁路等系統(tǒng)管道共有大焊口 6889 道（不含 取樣、表管、疏放水、排孔氣管及溫度表庫等小焊口） 。累 計運(yùn)行時間最長的是 7.9 萬 h 左右的呂四港、信陽、龍崗、 寧德（7.8萬h）等電廠的機(jī)組。目前已經(jīng)按比例檢查3973道，占比 57.67%，未檢 2917 道。返修過的焊口 365 道，返 修后焊口復(fù)檢了 187 道，還有 176 道未復(fù)檢，返修后運(yùn)行時 間長的有5-7萬h,有信陽、龍崗、呂四港、寧德、南京（主 要基建返修口）等電廠機(jī)組。另外發(fā)現(xiàn) 雷州新投的 2 臺機(jī)組 存在著兩個較為 嚴(yán)重問題 ：一是 存在彎頭與彎頭直接對接情 況。即在每臺機(jī)組汽機(jī)房 8.6米靠A排一熱管道分別設(shè)置一 對彎頭與彎頭直接對接的情況（HR27對HR28。二是共有59道彎頭與直管對接焊縫