专利名称：火电厂a335p92钢的中频弯管工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及火电厂发电机组管件的中频感应弯管工艺，尤其是涉及在超临界发电机组中，使用A335P92钢的弯管工艺技术，以便研制出满足P92钢材料使用性能和质量要求的电站用A335P92钢弯管。
背景技术：
我国能源结构的特点决定了我国电力工业的发展主要依赖火电机组，而发展大型超超临界机组是火电机组发展的必然选择。开发和应用热强性、抗氧化性能更好的耐热合金钢是发展高效率超超临界火力发电机组的关键技术之一。新型耐热合金高温高压管道用钢的开发和应用在电站建设中始终发挥着重要作用。50多年来，含2.25％Cr-1％Mo的合金钢(如A335P22、10CrMo910、STBA24-STPA24等)已经在全球许多超高压和亚临界电厂中得到较好的应用。
随着机组容量的增加和参数的提高，促进了更高强度钢的开发。欧洲在上个世纪60年代初期，开发了两种蠕变断裂强度较高的钢材，他们分别是法国和比利时的EM12(含9％Cr-2％Mo，且加入少量的V和Nb)、德国的X20CrMoV12-1(12％Cr-1％Mo，且加入少量的V)。后者在我国江油电厂、达拉特电厂、台州电厂的主蒸汽管道系统中得到应用，但是焊接有一定的难度。紧接着是美国开发的改良9％Cr钢，后来发展到欧洲和日本。这种等级的钢材叫T/P91，这种材料从上个世纪90年代开始在世界范围内得到成功的应用。如今，EM12和X20CrMoV12-1在很多领域被T/P91所取代。在蒸汽参数更高，如温度超过600℃、压力超过25bar，要求主蒸汽和再热蒸汽管道具有更高的抗拉强度、抗高温蠕变和抗氧化等性能，T/P91材料的使用受到限制，T/P92材料应运而生。
P92钢是加入1.75％钨，钼含量降到0.5％，用钒、铌元素微合金化并控制硼和氮元素含量的铁素体钢(9％铬，1.75％钨，0.5％钼)钢。P92钢比其它铁素体合金钢具有更高的高温强度和蠕变性能，抗腐蚀性和抗氧化性能等同于其它含9％Cr的铁素体钢。由于它具有较高的蠕变断裂强度，所以它可以减轻锅炉和管道部件的重量，有利于减少厂房结构的承载，减小管道系统对设备的推力。它的抗热疲劳性能好于奥氏体不锈钢。在580～625℃温度范围具有良好的蠕变性能。因此，P92在超超临界机组中得到了较普遍的应用。
目前对采用P92钢的管道弯制、焊接、管件制造、热处理等关键性工程应用技术的研究还处于摸索起步阶段，尚不成熟。因此，要在超超临界机组管道中应用P92钢，就必须尽快掌握P92材料的焊接、弯管、热处理以及管件的设计计算、制造等关键技术，保证超超临界机组建设的顺利进行和长期安全运行。
由于P92钢比其它铁素体合金钢具有更高的高温强度和蠕变性能。目前国内超超临界机组普遍采用P92作为主蒸汽管道和再热热段用管道材料。在超超临界机组的管道设计中，采用3-5D大半径中频弯管取代热压弯头可有效减少蒸汽流动的局部阻力，有利于提高机组热效率。因此，研究电站用P92钢的弯管技术十分必要。
对于电站管道的弯制，我国从上世纪七十年代末期开始在弯管机床上采用中频感应加热弯管技术对各种规格的碳钢管、合金钢管、不锈钢管进行弯制，并做热处理。多年的实践证明，该技术成熟可靠。根据对P92材料本身的分析和研究，P92管道的弯制可以继续采用这种技术。关键的技术难点在于采用的中频弯制和热处理工艺必须使弯管产品既要满足新材料原有各项性能要求，同时避免金相组织产生晶间裂纹、内弧起包、圆度超标和外壁过度减薄等问题。因此，如何制定出合理的弯制工艺参数和热处理参数，重点是加热温度、推进速度的最佳范围以及它们之间的配合关系，是研制当前满足P92钢材料使用性能和质量要求的中频感应弯管工艺技术的关键。
发明内容
本发明的目的是使用中频感应弯管工艺，研制出满足P92钢材料使用性能和质量要求的电站用P92钢弯管。本发明的目的是通过在P92钢中频感应弯管工艺过程中，提出优化的弯制工艺参数范围、冷却方式和热处理参数来实现的。本发明提出一种P92钢中频弯管工艺方法，该弯管工艺使用中频弯管机进行，弯管后热处理在程控燃油热处理炉内进行，所述的中频弯管工艺采用的弯管弯制参数如下 外壁温度采取900℃-940℃，冷却方式采用强迫空冷，推进速度10-20mm/min； 所述的中频弯管工艺采用的弯管后热处理参数如下 正火温度1050℃～1070℃，保温时间90分钟，冷却方式空冷； 正火冷却到100℃以下保持2h，使马氏体充分转变后进行回火处理回火温度750℃～770℃，保温时间150分钟，冷却方式空冷。
在所述的弯管工艺参数中，外壁温度采取900℃，冷却方式强迫空冷，推进速度10-15mm/min。
还可以在所述的弯管工艺参数中，外壁温度采用940℃，冷却方式强迫空冷，推进速度为15-20mm/min。
本发明的P92钢中频弯管工艺方法所获得两种弯管具有以下明显优点 (1)在本发明实施的弯曲温度下，P92铜管的高温塑性良好，即使在较大的变形量下也能得到满意的弯管成型，其受拉侧无拉伸形变而产生的裂纹缺陷。测试结果证明，P92钢管有着较宽的感应弯管温度范围，本发明实施的两种温度的弯管工艺均可达到满意的效果。
(2)根据测定结果，弯曲温度取900～940℃范围内，弯后进行正火加回火处理，可保证其机械性能完全符合标准的要求。
具体实施例方式 下面通过实施利1和实施例2对本发明的P92钢弯管工艺进行详细说明。
两个实施例所使用的材料均为ID248×53P92钢(美国WYMAN-GORDAN公司)。试验用管材各项性能见表1和表2。
表1使用的P92钢管材料化学成分 表2使用的P92铜管机械性能 两个实施例中弯管参数为 两个实施例中频弯管工艺试验均在郑州华电金源管道有限公司ZW813型中频弯管机上进行，感应圈型号为ID400×30×75。试弯管的弯曲半径为R＝1100mm(R/D＝3.0)，弯曲角度45°。
实施例1(实施例1称之为P92WGO1方案) 采用的弯管工艺参数如下 外壁温度采取900℃，冷却方式强迫空冷，推进速度10-15mm/min。
弯后外观检测弯管工艺试验证明本试验中，即使在形变率较大(R/D＝3.0)的情况下，两件弯管的表面及几何尺寸良好，试弯管实测结果表明P92WGO1试弯管的外弧最大减薄率为10.72％，内弧最大增厚率为19.44％，该数据与普通材质的同规格弯管减薄增厚规律基本一致。
弯后热处理在郑州华电金源管道有限公司的16m×3.5m×3.5m的程控燃油热处理炉内进行，弯后热处理参数如下 正火温度1050℃～1070℃，保温时间90分钟，冷却方式空冷。
正火冷却到100℃以下保持2h，使马氏体充分转变后进行回火处理回火温度750℃～770℃，保温时间150分钟，冷却方式空冷。
实施例2(实施例2称之为P92WGO2方案) 采用的弯管工艺参数如下 外壁温度940℃，冷却方式强迫空冷，推进速度15-20mm/min。
弯后外观检测弯管工艺试验证明本试验中，即使在形变率较大(R/D＝3.0)的情况下，弯管的表面及几何尺寸良好，试弯管实测结果表明P92WG02试弯管的外弧最大减薄率为10.87％，内弧最大增厚率为21.97％，该数据与普通材质的同规格弯管减薄增厚规律基本一致。
弯后热处理在郑州华电金源管道有限公司的16m×3.5m×3.5m的程控燃油热处理炉内进行，弯后热处理参数如下 正火温度1050℃～1070℃，保温时间90分钟，冷却方式空冷 正火冷却到100℃以下保持2h，使马氏体充分转变后进行回火处理回火温度750℃～770℃，保温时间150分钟，冷却方式空冷。
对P92WGO1和P92WG02两个实施例热处理后的两件试弯管进行了综合测试，其结果分别说明如下 1.弯管的弯曲角度检验，表3为P92WGO1和P92WG02两弯管热处理后的弯管角度测量结果 表3P92钢弯管热处理后角度测量结果
由表中可以看出，热处理后P92WGO1和P92WG02的弯管的弯曲角度均符合DL/T 515-2004“电站弯管”标准要求。
2.磁粉探伤结果 对弯管的外弧面士45°范围内进行100％磁粉检查，所检部位未发现近表面缺陷显示痕迹，等级评定为I级，磁粉检验合格。
3.超声波检查结果 超声波纵波检验，未发现可记录缺陷，等级评定为I级； 超声波横波检验，未发现可记录缺陷，等级评定评为I级。
4。弯管热处理后硬度检验结果 表4热处理后布氏硬度检验结果(HB)
从上表可见P92WGO1弯管热处理后硬度在HB171～242之间，P92WG02弯管热处理后硬度在HB215～243之间，均符合ASMDE SA-335标准对P92钢布氏硬度≤HB250的要求。
5.机械性能试验 5.1拉伸性能 将弯曲部分从起弯0°至终弯45°将管段等长锯成四部分，P92WGOI弯管的解剖样编号分别为1-1、1-2、1-3、1-4，P92WG02弯管的解剖样编号分别为2-1、2-2、2-3、2-4。对直管、1-1、1-2、1-4、2-1、2-2、2-4进行解剖，分别在外弧面取样进行力学性能试验。在每段管样的外弧面取横、纵向样各两个，加工为圆形标准比例拉伸试样，分别进行室温及61O℃拉伸试验。
表5弯管热处理后室温拉伸性能试验结果
表6弯管热处理后610℃温度拉伸性能试验结果
从以下行结果得出结论P92WGO1、P92WG02两管段弯管热处理后直管段及弯管不同角度部位的横、纵向室温拉伸性能均符合ASME标准对P92钢的要求，并且横纵向拉伸性能差异较小。610℃拉伸屈服强度满足EN10216-2(2006)规定的要求。
5.2常温冲击性能 表7、8、9分别为P92WG01、P92WG02弯管外弧面及直管段热处理后的室温冲击试验结果。
表7P90WG01弯管热处理后室温冲击试验结果 表8P92WG02弯管热处理后室温冲击试验结果
表9弯管热处理后直管段的室温冲击试验结果
ASME SA335规范中对于P92等高温管道用钢的室温冲击性能没有提出要求，在EN10216-2-2004(2006增补)中对高温用铁素体钢无缝钢管的20℃冲击功要求为纵向40J，横向为27J。根据表中的数据可知，两只弯管的室温冲击功满足标准要求。
6.金相检验 对两件P92试弯管，分别在热处理前后，对起弯(对应0°位置)、中间(对应22.5°位置)、终弯(对应45°位置)的外壁进行实验室金相检验(×400)，获取P92WGO1试弯管在热处理前后的金相对比照片和P92WG02试弯管在热处理前后的金相对比照片。
对比分析金相照片可知由于P92WGOI热弯温度位于α+y两相区，在热弯过程中部分马氏体转变为奥氏体，弯制时强迫风冷过程中奥氏体重新转化为马氏体，导致硬度升高，由于加热和冷却速率较高，形成的马氏体组织细碎，未见晶间裂纹。对P92WG02，弯制温度在上临界转变温度AC3以上(由于感应加热速率较高，AC3温度会提高，加上温度波动以及沿壁厚方向的温度梯度，部分区域也可能仍然在AC3以下)，生成的马氏体板条位向比P92WGO1明显。两件测试弯管经过相同的热处理后，细碎的马氏体重新转变成方向性明显的均匀一致的板条马氏体，未见晶间裂纹。以上情况说明P92无论是在两相区弯管，还是在单相区弯管，也无论是在热处理前后，均未发现晶间裂纹，这证明P92材料有着良好的热弯加工性能。
综合以上结果分析，P92钢两种温度状态弯管经正、回火处理后其几何尺寸与机械性能均能达到ASME标准及DL/T515-2004标准要求，两种温度参数都可以用于P92钢管的中频弯管。不同温度状态弯管时，弯管机负荷相差悬殊；同样的ID248×53P92弯管采用940℃弯制，其推力油缸压力仅需8Mpa；而在900℃弯管时其推力油缸压力接近12Mpa，两者相差很大。采用低温工艺弯管时，应充分估计到P92管子有着较大的回弹变形量。
上述中频弯管技术作为综合形成P92钢工厂化加工配制的成套应用技术之一，为超超临界机组的成功应用奠定了坚实技术基础。
权利要求
1.一种火电厂A335P92钢的中频弯管工艺，该弯管工艺使用中频弯管机进行，弯管后热处理在程控燃油热处理炉内进行，其特征在于
所述的中频弯管工艺采用的弯管弯制参数如下
外壁温度采取900℃-940℃，冷却方式采用强迫空冷，推进速度10-20mm/min；
所述的中频弯管工艺采用的弯管后热处理参数如下
正火温度1050℃～1070℃，保温时间90分钟，冷却方式空冷；
正火冷却到100℃以下保持2h，使马氏体充分转变后进行回火处理回火温度750℃～770℃，保温时间150分钟，冷却方式空冷。
2.根据权利要求1所述的火电厂A335P92钢的中频弯管工艺，其特征在于在弯管工艺参数中，外壁温度采取900℃，冷却方式强迫空冷，推进速度10-15mm/min。
3.根据权利要求1所述的火电厂A335P92钢的中频弯管工艺，其特征在于在弯管工艺参数中，外壁温度940℃，冷却方式强迫空冷，推进速度15-20mm/min。
全文摘要
本发明通过理论分析和试验研究，得出了P92钢采用中频感应弯管技术的弯制工艺参数范围、冷却方式和热处理参数。弯管弯制工艺参数为外壁温度900℃-940℃，冷却方式采用强迫空冷，推进速度10-20mm/min；弯管后热处理参数为正火温度1050℃～1070℃，保温时间90分钟，冷却方式空冷；正火冷却到100℃以下保持2h，回火温度750℃～770℃，保温时间150分钟，冷却方式空冷。完全能够保证P92钢在弯制后其金相组织和材料性能满足P92钢马氏体组织和材料性能要求，避免晶间裂纹、内弧起包、椭圆度超标和外壁过度减薄等缺陷的产生。该项技术可以应用于电厂1000MW超临界机组工程。
文档编号C21D1/26GK101358278SQ200810132238
公开日2009年2月4日 申请日期2008年7月21日 优先权日2008年7月21日
发明者吕继祖, 平 闫, 卞小军, 牛文献, 董益成, 马骏彪, 学 刘 申请人:华电管道工程技术有限公司