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上海电站辅机厂东方汽轮机厂和哈尔滨汽轮机厂凝汽器用不锈钢换热管质量标准的研究与改进

来源:至德钢业 日期:2020-10-28 15:32:22 人气:84

 防控点蚀的最重要措施之一是提高不锈钢焊接管的质量,还要在满足使用要求的前提下,降低生产成本,这就迫切需要一个生产商和用户都能接受的标准。标准是产品质量的保证和指南,影响重大和广泛。凝汽器用不锈钢换热管都是焊接管,奥氏体不锈钢占98%以上,其中304和316L又占绝大多数.影响最大的凝汽器、换热器用奥氏体不锈钢焊接管标准是美国材料试验协会标准ASTM A249/A249MI121,关国机械工程师协会标准ASMESA249/SA249M与它等同。我国凝汽器不锈钢管的最大用户群一东汽、哈汽和上海电站辅机厂(以下简称上辅)的企业采购订货技术标准均以该标准为基准,将ASTM A249/A249M列为引用标准第一位。我国国家标准“GB/T24593-2009锅炉和热交换器用奥氏体不锈钢焊接钢管”也参照了ASTM A249/A249M.这些标准内容大部分相同,但有些内容差异明显.即使有一点不同,也会牵涉到按哪个标准执行,是否要索赔的问题.此外标准也需根据实际使用情况和新的研究成果进一步修改完善。


  本文对美国标准、我国标准和三大动力的企业标准进行比较研究和分析,上辅标准是"SPEC0211-2013凝汽器用SA-249焊接不锈钢管订货和验收技术条件”,东汽标准是" 172.11.103-2007凝汽器用奥氏体不锈钢焊接直管采购规范”,哈汽标准是"B/HJ497-2014不锈钢焊接直管订货技术条件”。三大动力企业标准中不锈钢牌号只有304, 304L, 316, 316L. 317和317L六种。


一、制造方法、热处理和交货状态

   

  奥氏体不锈钢焊接管的制造方法均以轧制的钢带为原料,用不添加填充金属的自动焊接方法制造.美国标准和我国标准均规定钢管在焊接之后,最终热处理之前应对焊缝或整管进行冷变形加工,冷变形加工的方法以及最小变形量由供需双方协商确定,但是三大动力企业标准中均没有明确规定冷变形加工。

   

  现在IA内己有的冷变形加工是仅对焊缝进行轧平,但是变形量较小.如果轧平焊缝的变形I 'LI足够大,并在随后的光亮退火热处理中有足够的停留时间再结晶,则焊缝组织可以由铸态的枝状晶转变为等轴晶,大大提高焊缝的耐蚀性能,焊缝腐蚀比R可降到1以下,即焊缝的耐蚀性能高于母材17210上述5标准均规定以热处理状态交货。现在国内凝汽器用奥氏体不锈钢焊管基本都是在保护性气氛中光亮退火热处理,几乎没有空气中热处理再酸洗的工艺。机械、输送用灼管有焊接态交货,焊接态成本低、价格便宜,但质量差,易腐蚀,不能用于凝汽器。


二、化学成分和力学性能

  

  化学成分和力学性能是不锈钢管最基本的质量指标。由于不锈钢焊接管用不添加填充金属的自动焊接方法制造,如果生产过程中没有受到污染,焊接保护气氛正常,则成品管的化学成分与原材料无显著差异。国际上公认的同类不锈钢牌号在化学成分上有微小的差异。目前国内市场常见的不锈钢材料荃本以GB.ASTM为主,也偶有采用JIS标准,订购原材料时应注意其中的差异,避免在验收时发生争议。因此将Fl本的标准也放在一起进行比较和分析。

 

  比较304. 304L, 316. 316L和317L不锈钢的美、中、日和三大动力标准可知,国标中磷含量为0.035% (GB/T 20878-2007中P含量是0.045%),日本是0.040%,美国是0.045%:日本304L镍含最上下限比国标和美标均高1个百分点,316L不锈钢镍含量上下限比国标和美标均高2个百分点,其余均相同。因此按日标生产的不锈钢材料要求稍高一点,成本也略有增加。哈汽化学成分要求与国标、美标完全相同;东汽和上辅要求304, 316的含碳量<_0.05%,其余完全与美标相同。


  由于现代冶炼水平的提高,大钢厂不锈钢的杂质含量均远小于规定值,铬、镍、钼含量均紧贴下限,因此要求304, 316的含碳最<0.05%的意义不大,但也没有坏处。镍在不锈钢的成本中占比较大,提高镍含W.In的下限会增加成本,但是有利于耐蚀性能提高。何德孚认为不锈钢含s量最好控制在0.01%-0.015%,此时比较适合不锈钢管的焊接。美标、国标和三大动力企业标准中不锈钢管的力学性能要求一样。


  化学成分和力学性能的检测频率的规定比较见表,不同标准对化学成分的检测数量的规定都一致,而力学性能的检测频率大相径庭.美标与上辅一致,要求最宽:国标与哈汽基木一致;东汽要求最苛刻.根据大量的试验和调查,由于力学性能要求不高,现代冶炼水平较高,奥氏体不锈钢的焊管方法对化学成分基本无影响,化学成分和力学性能不合格的情况极为罕见.因此,美标和L辅标准更合理,否则会造成不必要的浪费。另外,由冷凝汽器管壁厚度<0.7mm,硬度用HRB不合适,压痕在另一面也有凸起,测量不准,故ASTMA1016规定当管壁厚度≤1.7mm时不要求检测硬度。故硬度可以不测,即使客户一定要测硬度,也应该用HV.8.3尺寸偏差、外观和表面质量。

    

  不锈钢焊管的优点是尺寸精度和表面质量比无缝管好,不同标准的尺寸公差无实质性的明显差异。哈汽对焊缝处尺寸的允许偏差做了单独规定,美标也规定了焊缝厚度偏差,要求焊缝垂直厚度的正偏差不超过壁厚的6%或0.1mm,取大位。由于凝汽器管壁厚通常≤0.7mm,故实际的规定是焊缝垂直厚度的正偏差不超过0.1mm,与哈汽焊缝最大厚度规定一致。由于焊接工艺和设备问题,焊缝和焊缝界线处厚度偏小的情况时有发生,且不容易发现,故哈汽根据国产不锈钢焊管实际情况,对焊缝处的尺寸偏差做出单独规定有其必要性和合理性。外观和表面质量的规定大同小异,国标更详细具体一点,更合理一点,可操作性更强一点。


三、腐蚀试验和无损检测试验


  腐蚀试验和无损检侧是检测评价不锈钢焊接管质量的非常重要的指标。美标ASTM A249/A249M有正文和补充技术条款2部分,如果合同规定执行该标准,指的是执行该标准的正文,不包括补充技术条款。订货时必须写明要执行哪条补充技术条款,该条款才能得到执行。

 

  美标的腐蚀试验有晶间腐蚀和焊缝腐蚀比2项,均在补充技术条款中。国内是制造商和用户都要做晶间腐蚀试验,而焊缝腐蚀比试验没有写明则都不做。国标和上辅没有焊缝腐蚀比试验规定,而东汽和哈汽均规定必须做焊缝腐蚀比试验.晶间腐蚀和焊缝腐蚀比试验检测频率的规定悬殊很大。

  

  由于现在不锈钢含碳量较低,如果制造过程中未受到污染,晶间腐蚀不合格的概率很小,另外调查也末见到凝汽器管发生晶间腐蚀。晶间腐蚀试验时长至少16小时,还会产生大量含重金属离子的废酸。因此晶间腐蚀试验可以不做或少做,建议晶间腐蚀每批(无根数限制)做2个试样。


  由于焊缝及热影响区易发生点蚀,焊缝质量十分重要,我国不锈钢管焊缝腐蚀比合格率较低,焊缝及附近热影响区出现点蚀的概率较大。因此焊缝腐蚀比应列为必检项目:由于连续生产的同一批不锈钢管质量应该相近,过多检查是浪费,故检测频率可以放宽至2/500根批。

  

  凝汽器、换热器不锈钢焊管的无损检测试验通常有水压试验、水下气压试验、涡流探伤试验、超声波探伤试验和射线探伤试验。美标将这些无损检测试均放在了补充技术条款中,按照客户要求或者ASME要求执行。国标规定进行液压试验或用涡流探伤代替液压试验.上辅要求进行涡流探伤,还要进行水压试验或者水下气压试验,详细规定了涡流频率、线圈与管子的间隙和参照缺陷的孔径。东汽要求进行涡流探伤和水压气压试验,并对水下气压试验的水质、试验压力和保压时间做了明确规定。哈汽要求进行涡流探伤或超声波探伤,还要进行水帐试验或者水下气压试验,也对校准管尺寸、水下气压试验的水质、试验压力和保压时间做了明确规定。我闰的实际情况是凝汽器不锈钢焊管做涡流探伤和水下气压试验,电厂加热器不锈钢焊管做涡流探伤和水压试验,每根都做。


 上辅对水版试验或水下气压试验的水没有要求,但是要求不锈钢首内外表面氯化物浓度<10.7mg/m'-,没有规定检洲方法。检测不锈钢换热管内外表面氯化物浓度操作性、准确性较差,规定水的电导率更可行、更科学。哈汽和东汽虽然对水的电导率做了规定,但是单位完全错了,5f2应为PS/CM。建议只规定水的电导率<_5iS/cm一项即可。

   

 由表可知,涡流探伤校准管尺寸规定有较大差异,对评定合格影响较大的是校准管的孔径, 0.8mm较合适。如果侮4小时校验一次难以做到,可要求不锈钢管厂在装箱前增加一次100%涡流探伤,此时可以每4小时校验一次。

    

 结合本文研究成果,通过对5个最重要的凝汽器不锈钢焊接管质量标准的分析评价,提出修改建议如下:


  1. 制造方法中应明确要求在最终热处理之前对焊缝或整管进行冷变形加工,至少压平焊缝,并有一定的变形9,热处理要有足够的停留时间。


  2. 将焊缝腐蚀比作为必检项目,检测频率“2/500根批”为宜.


  3. 晶间腐蚀可少做,检测频率"2/批”较合适.


  4. 成品管拉伸试验检测频率取“2/批”较宜:硬度可以不检测或者用HV硬度。


  5. 有必要按哈汽标准对焊缝处的尺寸偏差做出单独规定。


  6. 凝汽器不锈钢焊管的无损检测试验可做祸流探伤和水下气压试验,涡流探伤校准管尺寸可以美标为准。如果不能做到在线涡流探伤每4小时校验一次,可在装箱前增加一次100%涡流探伤.水下气压试验的水质可以只规定电导率555S/cm.

    

  7. 工艺性能检测项目只做压扁、卷边和反向弯曲三项,每个项目的检测频率均取"2/500根批。


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