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超超臨界機組T23材料焊接接頭失效模式及預防措施研究

文檔作者：陳安生，王家慶文檔來源：中國大唐集團科學技術研究院有限公司華東分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年10月18日
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第46卷增刊2
2015年10月
鍋 爐 技術
B0ILER TECH N0L0GY
Vo1．46，Supplement 2
Oct．．2O15
超(超)臨界機組T23材料焊接接頭失效模式
及預防措施研究
陳安生，王家慶
(中國大唐集團科學技術研究院有限公司華東分公司，安徽合肥230088)
摘要： 針對安徽電網(wǎng)受監(jiān)火電廠發(fā)生的T23鋼焊接接頭失效情況進行了統(tǒng)計，結合實例對T23鋼焊
接接頭的焊接工藝及失效形式進行了探討。重點分析了該鋼種焊接接頭的失效原因，并對其預防措施
進行了闡述。
關鍵詞： T23；焊接接頭；失效；預防措施
中圖分類號：TK229．2 文獻標識碼：B 文章編號：1672—4763(2015)S2—0048—03
0 前 言 變強度和許用應力。
為提高能源利用率，電站機組的容量和參
數(shù)越來越高，特別是20世紀90年代中期以
來，隨著世界范圍鋼鐵冶煉技術的革命性進
步，我國水電和火電建設的重要結構和部件采
用了不少新的鋼種，SA213一T23(HCM2S)就
是其中的一種。HCM2S鋼是日本三菱重工業(yè)
株式會社和住友金屬公司聯(lián)合開發(fā)的新型鍋
爐用鋼。該鋼以超(超)臨界鍋爐過熱器、再熱
器低溫段和水冷壁鋼管等部件的使用性能和
工藝性能作為成分設計原則，從可焊性、高韌
性和高熱強性3個方面著手，設計制造出的低
碳、低合金、多元復合、高強度、高韌性的貝氏
體型耐熱鋼。
SA213一T23 鋼屬于2—1／4Cr一1．6W—Mo
系列鋼材，屬于低碳微合金化的控軋鋼和細晶
粒鋼[】-2]，化學成分見表1。經(jīng)正火+ 回火供
貨狀態(tài)下T23鋼的微觀組織為回火貝氏體一
馬氏體及優(yōu)化處理后的沉淀析出物，因含碳量
低(碳被限制在0．10 左右或0．10 以下)，
且嚴格控制含硫、含磷量，減少形成裂紋的傾
向，同時加入了釩(V)、鈮(Nb)、鎳(Ni)和硼
(B)等微合金化元素，供貨狀態(tài)下其金相組織
的特點是晶粒細小均勻，提高了材料的高溫蠕
表1 T23鋼化學成分
成分 T23
1 失效情況
目前，安徽省在役的T23鋼焊接接頭發(fā)生
失效共牽涉到6家發(fā)電公司的11臺鍋爐，發(fā)生
的位置包括對接接頭和角接接頭，包括水冷壁
對接接頭、再熱器集箱段接管與集箱筒體角焊
縫部位等。
圖1為發(fā)生開裂失效的典型位置示意圖。
收稿日期：2015—02—10； 修回日期：2015—06—03
作者簡介：陳安生(1974一)，男，高級工程師，主要從事電站鍋爐壓力容器檢驗工作。
～～On∞ 一一0 一0∞ 0～ On∞一 O∞～ 1一 On～ O～ 一0∞ 一0∞
一一一一一一一一一一一一一
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50 鍋爐技術 第46卷
表2 顯微硬度檢驗結果HV0．2
粗晶區(qū)
349
326
325
33O
359
373
359
362
顯微硬度檢驗結果顯示粗晶區(qū)存在由于碳
化物二次析出而導致的晶內區(qū)域硬度升高。
2．3結果分析
T23鋼材料具有一定的冷裂紋和再熱裂紋
傾向。在環(huán)境溫度低于2O℃ 時施焊，結構拘束
度較大且應力集中部位更容易產(chǎn)生冷裂紋。再
熱裂紋通常發(fā)生在熔合線附近的粗晶區(qū)中，從焊
趾部位開始，向細晶粒區(qū)發(fā)展并停止，產(chǎn)生原因
是再加熱時第一次加熱過程中過飽和固溶的碳
化物再次析出，造成晶內強化，使得晶界的塑性
應變能力不足以承受松弛應力產(chǎn)生的應變。另
外，當焊接線能量偏大、結構拘束度大使焊接接
頭產(chǎn)生應力集中，加之如果現(xiàn)場焊后不能進行良
好的熱處理將進一步影響焊接應力的釋放也會
導致再熱裂紋的產(chǎn)生。
檢查該2處焊縫的檢驗記錄均未發(fā)現(xiàn)有缺
陷存在，從此次發(fā)生泄漏的部位及金相組織檢
驗結果看，發(fā)生泄漏的部位均存在較大的拘束
應力，而焊縫熔合線及熱影響區(qū)(粗晶區(qū))是焊
接接頭的薄弱部位，這就會導致焊縫在應力集
中作用下產(chǎn)生再熱裂紋導致焊接接頭發(fā)生泄漏
失效。
3 結 語
(1)殘余應力和附加應力是導致再熱裂紋的
主要外在因素，建議對現(xiàn)場焊接接頭打磨并做到
圓滑過渡。
(2)現(xiàn)場對水冷壁等T23鋼進行焊接時，應
注意焊接工序，對密封鐵件等應嚴格控制裝配間
隙，分散多點焊，焊前適當預熱，采用小直徑焊
條，盡量控制T23鋼管側的熱輸入量和焊接
缺陷。
(3)減少線輸入能量，適當降低焊縫強度。
(4)采取合適的焊后熱處理溫度。由于現(xiàn)在
常用熱處理工藝在720℃ ～750℃ ，而這個溫度
區(qū)間正好在T23的再熱裂紋最敏感區(qū)間，而由于
母材純度等的影響，不同的T23母材的再熱裂紋
最敏感溫度區(qū)間可能會有上下波動。因此，需根
據(jù)不同的母材采取合適的焊后熱處理溫度，可能
會對減少再熱裂紋有幫助。
參考文獻：
r 1]MIYATA K，IGARASHI，SAWARAGI Y．Effect of trace
elements on creep properties of 0．06C一2．25Cr一1．6W 一0．
1Mo一0．25V一0．05Nb Steel[J]．ISIJ International，1999，39(
9) ：947— 954．
r2]MIYATAK，SAWARAGI Y．Effect of Mo and W on the
phase stability of precipitates in low Cr heat resistant steels
[J]．ISIJ International，2001，41(3)：281—289．
Research on Fa-lure Mode and Prevent ive Measures
of T23 W elded Joints Used in (U)SC
CHEN An—sheng， W ANG Jia—qing
(China Datang Corporation Science and Technology Research Institute Co．，Ltd．，East China Branch，
Hefei 230088，China)
Abst ract：Welding process and properties of T23 welded joints were researched on the basis
of analyzing the statistical failure of T23 steel welded joint which occurred in Anhui thermal
power plants．The characteristics and the cause of reheat cracking and its preventive measures
were emphatically investigated．
Key words：T23； welded joint； failure； preventive measures

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