一种防止8mm以下12Cr1MoV受热面管再热裂纹形成的热处理方法

技术领域

本发明涉及一种防止8mm以下12Cr1MoV受热面管再热裂纹形成的热处理方法，属于热处理工艺领域。

背景技术

目前在超超临界机组及超临界机组高温再热集箱及低温再热集箱管座接头处，基本使用的是12Cr1MoV的管材。其壁厚小于8mm，因此根据DL/T869-2012《火力发电厂焊接技术规程》中对于壁厚不大于8mm的12Cr1MoV的管子可不进行焊后热处理的要求，目前对于壁厚8mm以下12Cr1MoV管材均不进行焊后热处理。但是发明人在实际的生产运行中发现在不进行焊后热处理状态下，12Cr1MoV受热面管频繁泄漏，焊接残余应力较大，不利于机组安全运行，基于此，提出一种防止壁厚8mm以下12Cr1MoV受热面管再热裂纹形成的热处理方法，以减少受热面管开裂，保证机组的正常运行。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种防止8mm以下12Cr1MoV受热面管再热裂纹形成的热处理方法，可有效降低壁厚8mm以下12Cr1MoV受热面管残余应力，解决现有12Cr1MoV受热面管开裂、泄漏的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种防止8mm以下12Cr1MoV受热面管再热裂纹形成的热处理方法：将8mm以下12Cr1MoV受热面管焊接后进行热处理；热处理具体方法为：以220℃/h的升温速度，升温至470℃，保温10min，再以300℃/h的升温速率，升温至750℃，保温30min，降温即可。

进一步，降温方式为随炉冷却。

进一步，降温速率≤100℃/h。

本发明的有益效果：

现有标准中针对于壁厚8mm以下12Cr1MoV管子不要求焊后热处理，主要考虑到管壁较薄，沿壁厚方向的温度梯度较小，在经过焊前预热及焊后缓慢冷却后，不会残生较大残余应力。而在实际运行中，经常发生受热面管频繁泄露，发明人经过失效分析发现，相当一部分原因是由于焊缝的残余应力较大，加之管道结构应力，导致受热面管管座处应力集中，从而产生再热裂纹，导致受热面管泄露。

合金的再热裂纹倾向与Cr、Mo、V、Nb、Ti等元素密切相关，通常用再热裂纹敏感因子ΔG1来评价材料的再热裂纹敏感性，对于碳含量超过0.1％的钢，再热裂纹敏感因子的计算方法为：

ΔG1＝ω(Cr)+3.3ω(Mo)+8.1ω(V)+10ω(C)-2

式中，ω表示Cr、Mo、V、C等相应元素的质量分数，其单位为％。ΔG1≥2时，对再热裂纹敏感；1.5≤ΔG1<2时，对再热裂纹敏感性一般；ΔG1<1.5时，对再热裂纹不敏感。经过再热裂纹敏感因子计算，12Cr1MoV的ΔG1为2.223，对再热裂纹敏感。

再热裂纹的产生有3个条件：1、敏化的材料；2、敏化的温度；3、应力集中。

12Cr1MoV这种材质属于再热裂纹敏感的材料，再热裂纹敏感温度为500℃～720℃。以某超临界机组为例，再热器集箱管座温度为526℃，符合再热裂纹敏感温度的范围，因此需要通过降低残余应力的方法降低再热裂纹产生环境。

本发明采用二次分段加热的热处理方法，降低壁厚8mm以下12Cr1MoV受热面管残余应力。第一阶段升温速率按照行业要求一般选择不大于220℃/h，由于再热裂纹敏感温度下限为500℃，因此选择470℃为第一阶段温度终点。第二阶段升温速率是通过三组200℃/h、300℃/h、400℃/h对比试验选择得到，最终选定300℃/h，是由于升温速率过快，再热裂纹敏感区域停留时间短，再热裂纹产生可能较少，但是升温过快会导致受热不均匀，残余应力增加。反之升温速度降低，可以减少残余应力，但是会导致在再热裂纹敏感区域停留时间较长，增加再热裂纹风险。温度选定750℃，既避开敏感温度上限，又符合DL/T869《火力发电厂焊接技术规程》中12Cr1MoV热处理恒温温度的要求。保温时间按照DL/T869《火力发电厂焊接技术规程》中12Cr1MoV热处理恒温时间推荐选择30min。

附图说明

图1为未进行热处理的试样组织形貌。

图2为采用本发明方法处理后的试样组织形貌。

图3为一次加热试样相控阵检测结果图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例：

一种防止8mm以下12Cr1MoV受热面管再热裂纹形成的热处理方法，是在8mm以下12Cr1MoV管焊接后进行热处理；热处理具体方法为：以220℃/h的升温速度，升温至470℃，保温10min，再以300℃/h的升温速率，升温至750℃，保温30min，随加热设备缓慢降温，降温速率≤100℃/h。

对比试验1：

试样选取超临界机组高温再热器集箱受热面管进行试验，材质为12Cr1MoV，规格为Φ63.5×4mm，焊接方法为GTAW，坡口形式为V型，焊接电流分别选取90～110A，焊接层数为2，焊接电压13～15V，焊接速度35～40mm/min。

分别焊接2组试样，1号试验不做焊后热处理，2号试验按照本发明方法进行热处理。

对上述2组试样进行X射线残余应力测试，测试结果如下；

通过试验可知，在未经过热处理状态下，轴向残余应力为110MPa，通过本发明方法处理后，残余应力降低至28MPa，由此可见，通过本发明的焊后热处理方法能显著降低焊缝残余应力。

将热处理前后试样进行扫描电镜观察，结果如图1、2所示，在热处理前组织为在铁素体基体上分布着孤岛状的马氏体-奥氏体组元(M-A)，碳化物聚集，热处理后贝氏体板条合并，碳化物析出，晶体得到强化。

对比试验2：

以同类型超临界机组低温再热集箱管座为试样，通过一次加热与二次加热(本发明)现场试验对比不同加热方式对试样的影响。一次加热方法为：以220℃/h的升温速率，升温至750℃，保温30min，随加热设备缓慢降温，降温速率≤100℃/h。对两组各500根12Cr1MoV受热面管进行焊后热处理的试样检查发现，12Cr1MoV受热面管焊后一次加热处理的试样，有6根管子存在裂纹缺陷(图3)，采用本发明二次加热方法处理的试样，相控阵检查未见异常。

对比试验3：

分别对同类型超临界机组低温再热集箱管座通过二次加热中第二段加热不同加热速率试验测试对比。升温速率分别选取200℃/h、300℃/h、400℃/h，对试验后3个状态的受热面管进行残余应力测试，并对受热面管进行相控阵检查，检查结果如下：升温速率为200℃/h时，温差应力较小，热处理后残余较小，但是由于在敏感温度区间500℃～720℃停留时间较长，产生再热裂纹可能性增加，经检查500根缺陷数量为12根；当二段升温速率为400℃/h时，在敏感区间500℃～720℃停留时间较短，产生再热裂纹风险性降低，但升温速率快，温差应力大，热处理后残余应力较大，为50MPa；当二段升温速率为300℃/h时，升温速率适中，产生再热裂纹风险性较低，且热处理后残余应力适中，因此选择300℃/h作为第二段加热速率。