我国火电站焊接技术的现状及发展

电力是我国国民经济发展的基础产业之一。改革开放的20年是中国电力发展zui快、成就zui大的时期。到2000年底我国全年发电总量达13500亿千瓦时，全国电力装机容量达到3.16亿千瓦，全国发电装机容量和全年发电量均居二位。

随着电力工业的迅速发展，大容量的高温高压机组、不断涌现，逐步淘汰了中温中压机组。到2000年底全国拥有1000 mw及以上装机容量的火电厂66座，全国现有火电大机组容量为200～210 mw的192台、250～300mw的180台、320～362.5 mw的56台、500～660 mw的30台，800 mw的2台，大机组已成为中国火力发电的主力机组。为了进一步提高机组效率、降低煤耗、保护环境、减少co2的排放还有必要提高蒸汽参数。提高锅炉蒸汽温度和压力参数是提高火力发电厂效率zui有效的方法之一，特别是温度对效率的影响更为显著。

增大蒸汽压力要求使用高温强度更高的钢材，否则必然使构件的壁厚成倍地增大。增加蒸汽温度则必然要求钢材能在更高的温度下保持高的强度。可见电力技术的发展在很大程度上依赖于材料技术的发展水平。顺应这一要求，自20世纪的80年代以来，美、德、法、日等国开发出一系列适用于蒸汽参数达600℃/610℃、25 mpa的铁素体热强钢和蒸汽温度达625℃的奥氏体耐热不锈钢(t91/p91，t92/p92，t122/p122，super304h，t23/p23)。这些钢是在现代的冶炼、轧制、热处理和计算机控制技术基础上产生的，它们将是我国今后新建大容量亚临界机组和超临界机组时的材料。因此研究和掌握这些材料的焊接工艺，研究并充分认识这些材料焊接接头在高温下的行为，是当前我国电站焊接工作者面临的任务。

     电站用钢的开发需要很长的周期，建国以来我国电站高温高压管用钢材大多沿用国外成熟钢种， 国内外实践证明12cr1mov、2.25cr-mo、tp304、tp347等钢工艺性能良好、运行可靠。但为了提高蒸汽温度和压力，20世纪60年代以后各国（也包括我国）纷纷致力于开发使用温度高于580℃低于650℃的钢种，其成果虽然已有不少应用，但都有些缺憾。1983年美国ornl在花了8年时间对9cr1mo钢进行了改进后，推出的t91/p91钢具有优良的常温和610℃以下高温力学性能的同时，还具有良好的加工工艺性能。

    可以说t91/p91钢的开发成功是电站用钢领域内近30年努力的突破。我国于1987年开始引进使用这种钢，10多年来已有一些单位基本掌握了t91/p91钢的焊接工艺，同时也开展了t91与钢102、12cr1mov、tp304钢异种钢焊接的研究工作。用t91更换钢102制成的过热器和高温再热器运行的可靠度明显提高。用p91制成的蒸汽管其管壁厚度可成倍地减小，表1比较了在同样蒸汽参数下分别使用2.25crmo钢和p91钢时钢管的壁厚。壁厚的减小降低了构件的重量，减小了结构应力和热应力，也减小了制造成本和施工难度。

表1      2.25cr-mo、p91钢经济性比较

     随着t91/p91钢在世界范围内日益推广应用，沿着美国ornl开发t91/p91钢的思路在原来钢102、2.25cr-mo、x20、tp304等钢的基础上又相继开发出了t122/p122(hcm12a),t92/p92(nf616) 和t91/p91一系列钢种。使用p122、p92和p23钢的经济效益见表2。这些钢相对于2.25cr-mo和x20的明显优势是显然的。它们已在日本的一些电厂使用，我国也会在不久的将来陆续引进使用。

表2     大口径钢管的经济性比较

t91/p91、t92/p92、p23/t23、t122/p122都是属调质状态下使用的回火马氏体钢，又都是在相同的思路下研制开发的，它们具有相似的基本特点。如果分别对应地比较t91/p91和t9、em12；t23和钢102、2.25cr-mo以及p122和x20。可以得出t91/p91、t92/p92、p23/t23、t122/p122这些新钢种与其原来牌号的老钢种在成分上的差别仅在于：①c、s、p含量的减少；②nb、v、n等元素作为微合金化而微量添加，但它们的强化机理和老钢种有原则的不同。而t91/p91等新钢种除了固溶和沉淀强化外，还通过微合金化、控轧、形变热处理及控冷获得高密度位错和高度细化的晶粒，为钢的进一步强化和显著的韧化作出了贡献。新钢种由于降低了碳和杂质元素的含量，对焊接裂纹的敏感性都明显降低，对p122钢的斜y形拘束裂纹试验表明，200℃预热即可保证裂纹率为零。而相同cr含量的x20钢的裂纹倾向要大的多。更由于采用这类钢后，可成倍减小构件壁厚，焊接获得完整无裂纹的接头的难度比钢102、t9、x20等也大为降低。尽管如此，接头性能的明显劣化却是焊接这类钢的主要困难。由这类钢的基本特点可以设想：①焊缝由于熔敷金属没有控轧和形变热处理的机会，晶粒不可能由此获得细化，又由于熔敷金属中的nb、v在凝固冷却过程中难以呈微细的c、n化合物析出，焊缝的韧性会远不如母材。②供货状态优良的母材性能受到焊接的高温循环，母材haz性能必会明显劣化。③这种劣化的程度随焊接热输入的增大而加剧。对t91/p91钢焊接的实践已经证明了这些设想。

2.1 焊缝金属韧性的劣化