进口不锈钢SA213TP347H
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2013-08-05 11:09
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进口不锈钢SA213TP347H
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不锈钢SA213-TP347H
1、简述：
目前,600MW亚临界受热面仅有少部分管段采用TP347H，而超临界机组锅炉内的末级过热器管、高温再热器管等大多采用TP347H奥氏体不锈钢来替代T91马氏体耐热钢,以提高管子承受高温的能力。
SA213-TP347H不锈钢原制造工艺使该钢的晶粒粗大，其晶粒度为G.S No4-5级。粗晶粒的TP347H的不锈钢用于锅炉过热器和再热器的部件中，在高温运行的情况下，管子内壁蒸汽氧化形成的氧化皮容易剥离。氧化皮堆积在管子弯头处，引起管子局部过热甚至。更易严重的是，剥落的氧化皮被带入气轮机内将造成气轮机的严重浸蚀性损坏。研究表明，预防奥氏体不锈钢管子内表腐蚀的一个有效措施是减小晶粒尺寸，细晶粒的奥氏体组织能加快铬在晶界的扩散迁移，并与蒸汽中的氧形成一层致密的富铬氧化铬（Cr2O3），这个富铬氧化层能阻止高温蒸汽对管子内壁进一步氧化。为了提高奥氏体不锈钢高温强度，必许提高固熔处理温度。但是提高固熔处理温度必导致晶粒尺寸变大，为解决高温强度与晶粒变大的矛盾，住友公司通过改善TP347H制造工艺，获得高温强度好的细晶粒TP347H。细晶粒工艺与粗晶粒工艺的不同之处在于：新工艺在最后一道拔管之前将管子进行一次温度高于最终固熔处理温度的软化退火。在高温软化退火过程中析出大量Nbc质点阻碍了最终固熔处理过程中奥氏体晶粒长大的阻碍。细晶粒的TP347H的不锈钢的晶粒度为G.S No8。即SA213-TP347HFG。
为进一步提高锅炉用不锈钢管的高温蠕变强度，耐高温腐蚀特性和耐蒸汽氧化特性，日本投入了大量的人力、物力、财力，对现有的SA213-TP304H、SA213-TP347H、SA213-TP310H三种奥氏体不锈钢进行改进，开发综合性能良好的超临界、超超临界锅炉用不锈钢管的新材料，即：超级304H，细晶粒TP347H(TP347HFG) , HR3C (TP310HCbN)三种新型不锈钢。
下面具体谈一下TP347H。
2、TP347H的性能
TP347H：也是ASME SA-213中的钢号，为铬镍铌奥氏体不锈钢；我国GB5310-95将该钢列入其中，牌号为1Cr19Ni11Nb，此钢也为成熟钢种。由于该钢是用铌稳定的奥氏体钢，故其具有较好的抗晶间腐蚀性能、较高的持久强度、良好的组织稳定性和抗氧化性能，此外还具有良好的弯管和焊接性能；其综合性能优于TP304H。但由于合金元素较多，与TP304H一样，容易产生加工硬化，使切削加工较难进行；其热膨胀系数高，导热性差；故在与异种钢焊接并在高温下使用时，须考虑两种材料的膨胀系数和高温强度匹配问题。
TP347H钢管性能优良。主要用于制造亚临界、超临界压力参数的大型发电锅炉的高温过热器、高温再热器、屏式过热器的高温段以及各种耐高温高压的管件等部件；对于承压部件，最高工作温度可达650℃；对于抗氧化部件，其最高抗氧化使用温度可达850℃。但由于具有奥氏体钢所具有的缺点，此种耐热钢用于承压部件上时，同样有可能在某种程度上，被T92和HCM12A部分替代。
3、TP347H焊接及化学成分：
SA213-TP347H奥氏体耐热不锈钢,焊接时必须进行背面充氩保护，以防止焊缝根部氧化烧损和影响现场施工特别是锅炉临检时的焊接质量及进度。
管子材料SA-213TP347H 焊接材料最好采用E347H-16，ER347H。而1Cr19Ni9Ti和E347-15(A137）不能保证含碳量≥0.04%。
SA213-TP347H是奥氏体不锈耐热钢，属于18-8型铬镍奥氏体不锈钢，相当于我国的1Cr19Ni11Nb。化学成份见表1[1]。
焊接方法采用手工钨极氩弧焊（Ws），焊接材料选用天泰牌TGS-347焊丝，规格φ2.4mm，化学成份见表2。
4、TP347H的焊接时的工艺要求
4.1 严格对口质量要求
4.1.1 坡口角度
坡口角度为60°~70°，钝边0.5~1mm，间隙2~2.5mm，间隙太小容易造成未焊透，间隙过大，填充金属量大，焊接速度相对减慢，温度升高，容易导致背面烧焦[6]。建议在对口过程中，使管排焊口基本达到焊接要求，对个别间隙过大的焊口可以采用填补法，先在一端堆焊一层打磨干净再对口。
4.1.2 坡口清理
管口在组对前应对母材内外壁每侧10~15mm范围内的油、水、漆、锈等清理干净，直到发出金属光泽。
4.2 充氩保护
充氩保护的质量直接影响焊接质量，对过烧缺陷消除起关键作用。在安装焊口的两端塞可溶纸，位置距离管口约30mm（一定要保证距离，距离太近氩气不能充分保护焊缝，距离太远内部空气不能被氩气充分置换），对口后在焊口间隙塞保温棉条，保证焊口无缝隙，在管排对面撕开一小口把自制的铜管塞进焊口中间，管排正面也开口，保证气室内的空气被充分置换。开始充氩约3分钟后，进行打底焊接，焊缝处的保温棉条逐渐扯开，到封口时拔出铜管快速焊接。可以最大可能避免根部氧化缺陷的产生。
4.3 选择合理的焊接电流
焊接电流是影响焊接质量的关键因素之一，电流过小，缺少足够的焊接线能量，不能使坡口两侧母材充分熔化，形成未焊透；电流过大，焊接热输入量过大，熔池温度过高容易产生过烧。对于该类存在烧焦现象的合金钢的焊接，焊接电流控制的范围偏小；φ63.5×4mm的管口，打底电流为90~100A，而盖面时电流85~95A，这样有利于层间温度的控制，从而减少根部合金元素烧损的可能性。
4.4 焊层设计
小径管焊接过程，因热量不易散失，焊口温度容易升高，层间温度过高，使接头金属晶粒长大，甚至出现过烧，层间温度应控制在150℃以下。焊后最好用水急冷，以减少在敏化温度区间内停留的时间。
采用多层焊接，根部焊缝不宜焊的太薄，也不宜焊得太厚，根部焊层太薄，在焊接第二层时，尤其是在背面不充氩保护时，容易把根部重新溶化造成根部烧焦；根部焊得太厚，热输入量增加，熔池温度过高，也会造成根部烧焦，根部焊层厚度宜控制在2~2.5mm，焊层不宜太厚，宜控制在1.5~2.5mm 的厚度范围内，以减少焊缝的热输入量，降低熔池温度，必要时用水冷却降温，以满足焊接要求温度，避免根部重新熔化导致烧焦。
5. 结论
通过以上分析，在焊接SA213-TP347H奥氏体不锈钢时，应注意以下几点：
a. 严格控制对口质量，保证焊接前准备充足。
b. 充氩保护所做的气室要规范，气室深度控制要得当，保证有一个良好的内部焊接环境。
c. 严格控制层间温度，一般控制在150℃以下。
d. 采用小的焊接线能量。
e. 控制焊接电流和焊道厚度的焊接工艺，对保证焊接质量有益。
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