如何控制SA335P92钢焊后热处理温差

如何控制SA335-P92钢焊后热处理温差

高洁安、董艳柱、田旭海、齐向前等

(天津诚信达金属检测技术有限公司，天津华苑产业园区 300534)

摘 要：本文通过不同柔性陶瓷电阻加热法加热宽度试验，总结出了适用于有效控制内外壁温差的焊后热处理工艺经验公式，试验表明采用该工艺对焊后热处理管道，尤其是高合金耐热钢，如SA335-P92钢管道进行焊后热处理，可以保证恒温过程中管道内外壁温差小于21℃，焊缝组织为回火板条马氏体，焊缝根部的冲击值大于41J，力学性能满足EN1597-1标准要求。 关键词：新型耐热钢；柔性陶瓷电阻加热；焊后热处理；内外壁温差

1、前言

用于火力发电厂超超临界机组主蒸汽管道的P92钢（ASME牌号，前冠P表示电厂管）是在SA335-P91钢的基础上适当降低钼元素的含量（0.5%Mo），同时加入一定量的钨（1.8%W）以将材料的钼当量（Mo+0.5W）从SA335-P91钢的1%提高到约1.5%，该钢还加入了微量的硼。化学成分如表1所示，经上述合金化改良后，SA335-P92钢的高温强度和抗蠕变性能得到了进一步提高。由于其合金元素较高，焊接淬硬倾向大，焊后必须进行热处理，以得到回火充分的马氏体组织，因为管道壁厚较大，热处理恒温阶段内外壁会存在温差，而温差大小会对材料性能产生很大影响。

工艺评定试验表明当SA335-P92管道恒温过程中内外壁温差大于25℃（内壁温度小于740℃）时，焊缝根部冲击功已低于41J，且焊缝组织也不是清晰的板条马氏体组织（见图1），不能满足EN1597-1标准要求。

按照DLT/T819-2002《火力发电厂焊接热处理技术规程》的规定采用柔性陶瓷电阻加热法确定加热范围对SA335-P92管道进行焊后热处理，内外壁温差达将近50℃，虽然可满足规程规定的在加热范围内，任意两点间的温差小于50℃即为合格的要求，但此时焊缝根部冲击值低于41J，不能满足EN1597-1标准的要求，本公司通过实践，确定了SA-335P92钢焊后热处理加热带宽度及保温宽度的选择公式，试验结果能够满足EN1597-1标准要求，保证了工程安装质量。

表1 P92钢母材化学成分范围%

下限

上限

8.509.50

0.300.40

0.60

1.502.00

0.040.09

0.0010.006

未处理 焊缝(100×) 365HV/346HB 740℃回火 焊缝(100×) 264HV/252HB

图1

2、热处理设备及装置

XDJW-D-480KW热处理控制柜 硅酸铝纤维毡

电源线

K型Ⅱ级焊接热电偶丝

K型补偿导线 （镍铬—镍硅） 铅丝

柔性陶瓷电阻加热器

3、热处理工艺措施

图2 热处理示意图

3.1 加热带及保温宽度的确定

柔性陶瓷电阻加热器宽度的选择应符合以下关系： w----焊缝宽度

HB----加热区（加热器布置宽度） GCB----保温宽度 3.2 热电偶布置与安装

采用K型热电偶作为温度检测元件，控温热电偶应沿焊缝中心线布置，对于水平对接管道，管道直径小于273mm，设置一个控温区，直径大于等于273mm，应设置两个及以上控温区，对于垂直管道，可设置一个控温区，热电偶采用储能焊接的方法将热电偶丝直接压焊在管道外表面，两结点间距离为6mm--8 mm，除控温热电偶外，还应在焊缝最高温度和最低温度点、均温区及加热区边缘安装监测热电偶，以保证焊缝温度在热处理范围内、均温区内温度均匀及加热区内温度不能超过最大的允许轴向温度梯度。

表2 水平管道PWHT布置的控温加热区数量和热电偶布置

管道尺寸（φ）mm

273以下

推荐控温区数量（个）

1

热电偶位置 12：00

12：00和6：00 1：00、6：00和11：00 3：00、6：00和9：00、12：00 700以上

控温区数量和热电偶由加热器周向宽度确定

3.3 补偿导线选择

采用与热点偶丝相匹配的带屏蔽层的精密级补偿导线，与热电偶连接必须保证极性正确，采用接线座可靠连接，补偿导线布置应远离供电线路以避免产生干扰，同时应尽可能将补偿导线布置在温度较低的环境，最高不得超过环境温度。

4、工艺实施举例

4.1取某电厂主蒸汽管道，材质为SA335P22，规格Φ508mm×90mm。 4.1.1根据规程确定热处理工艺参数，见表2

表2 SA335-P22主蒸汽管道的热处理工艺参数

规格

测温点位置

升降温速度

预热温度 250-350℃℃

焊后热处理 温度

720-750℃

时间

4h

Φ1点、6点、11点℃/h

4.1.2恒温期间内外壁温差

时间段 恒温1小时 恒温2小时 恒温3小时 恒温4小时

1点钟、11点钟（℃）

外壁#1

内壁#2

温差

外壁#3

6点钟（℃） 内壁#4

温差

从内外壁温差可看出，采用规程规定的6倍壁厚+120mm的加热宽度，不能保证大管径厚壁管内壁温度，因是温度试验，所以没有进行性能测试。

4.2取某电厂主蒸汽管道，材质为SA335P91，规格Φ610mm×100mm。 4.2.1根据规程确定热处理工艺参数每侧+100mm，见表3

表3 SA335-P91主蒸汽管道的热处理工艺参数

规格

测温点位置

升降温速度

预热温度

焊后热处理

时间 8h

温度

200-300℃

750-770℃

Φ1点、6点、11点62℃℃

注：焊后在100-120℃进行保温2小时的马氏体转变，马氏体转变后立即进行热处理。

4.1.3恒温期间内外壁温差

时间段 恒温1小时 恒温2小时 恒温3小时 恒温4小时 恒温5小时 恒温6小时 恒温7小时 恒温8小时

1点钟、11点钟（℃）

外壁#1

内壁#2

温差

外壁#3

6点钟（℃） 内壁#4

温差

从内外壁温差可看出，采用规程规定的6倍壁厚+120mm且每侧在多加100mm的加热宽度，也不能保证大管径厚壁管内壁温度。 4.3 取某电厂主蒸汽管道，材质为SA335P92，规格Φ538mm×91mm。 4.3.1加热带及保温宽度的确定

柔性陶瓷电阻加热器宽度的选择应符合以下关系

HB=166+4.5Rt

HB----加热区（加热器布置宽度） R—管道内径

t---管道的名义壁厚 保温宽度GCB的确定

采用上述加热器宽度的保温宽度的选择应符合以下关系 GCB=t+9Rt

4.3.2根据上述确定热处理工艺参数，见表4

表4 SA335- P92主蒸汽管道的热处理工艺参数

规格

预热温度 预热温度 马氏体转变

温度

焊后热处理 温度

时间 8h

Φ100-150℃℃℃℃

4.3.3热电偶布置与安装

上5（9、11、13、15） 21

6

87

下 图3

50mm

除以上布置点外，在1点钟距表面8mm深、6点钟距表面47mm深，分别打孔布置了热电偶。

4.3.4热处理工艺曲线

P92钢焊后热处理工艺温度控制曲线见图4

图4 焊接及热处理过程

4.3.5热处理内外壁温差对比

时间段 恒温1小时 恒温2小时 恒温3小时 恒温4小时 恒温5小时 恒温6小时 恒温7小时 恒温8小时

1点钟（℃）点钟（℃）

外壁#1

内壁#6

温差

外壁#5

内壁#6

温差

外壁#3

6点钟（℃） 内壁#4

温差

从上表可看出，当恒温3小时后焊缝内壁温度都超过740℃，且内壁温度为（741-746 ℃ ），恒温阶

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