悬吊管50Cr50NiNb附件焊接裂纹分析

悬吊管50Cr50NiNb附件焊接裂纹分析

孙华

（武汉锅炉股份有限公司武汉430205）

摘要：本文通过锅炉高温再热器悬吊管制造过程中，SA213T23管与50Cr50NiNb铸件焊缝热影响区及铸件母材在冷校直后出现裂纹的案例，结合制造工艺过程及50Cr50NiNb材料的性能试验，分析裂纹产生的原因，提出SA213T23管与50Cr50NiNb铸件的悬吊管制造过程中应避免焊后热处理。

关键词：高温再热器；SA213T23管；50Cr50NiNb铸件；裂纹；焊后热处理

随着全世界对节能与环保的日益重视，各国都在大力发展清洁煤发电技术，超超临界发电机组就是通过提高蒸汽压力和蒸汽温度来达到提高效率和节能降耗的目的。超超临界锅炉高温再热器的悬吊管由于受到高温和烟气腐蚀，采用SA213T23管与50Cr50NiNb支撑附件的组合方式。当完成冷校直后，50Cr50NiNb附件侧热影响区和附件母材出现裂纹。本文通过对50Cr50NiNb铸件原材料进行分析并结合制造工艺过程，分析裂纹产生的原因，提出悬吊管制造过程中应避免焊后热处理。

1.背景介绍

高温再热器悬吊管管材料为SA213T23,规格φ33.4*6.1mm；支撑附件采用铬镍高温合金A560-50Cr50NiNb，厚度6mmTHK。悬吊管结构见图1。为了降低焊后应力及SA213T23管侧热影响区硬度，该悬吊管进行了750℃，保温1h的焊后热处理。在对悬吊管进行冷校直后发现50Cr50NiNb侧热影响区和50Cr50NiNb母材均出现裂纹。如图2，图3所示。焊接方法：SMAW，焊材：ENiCrFe-3/φ3.2mm；焊接电流/电压：90-100A/22-24V；预热温度：150℃。

图1悬吊管结构图2铸件侧热影响区裂纹图3铸件母材裂纹

2.化学成分分析

对50Cr50NiNb铸件进行化学成分分析，Nb元素和N元素含量均高于标准要求值。不满足A560标准要求（Nb=1.4-1.7%;N:≤1.6%）。铸件化学成分见表1。

表1铸件化学成分%

3.硬度测试

对焊缝热影响区有裂纹的悬吊管进行取样，并沿焊缝横向剖开，对50Cr50NiNb铸件横断面进行HV10硬度测试，硬度测试位置示意图见图4，硬度值分别为：1：263；2：295；3：375；4：509。可以看出越靠近焊缝热影响区硬度值越高，硬度值高达509HV10。

图4硬度测试位置示意图

4.微观金相

将铸件母材有裂纹的试样经过打磨抛光和腐蚀后放在显微镜下进行观察，铸件母材内部和表面出现大量微观缺陷。见图5和图6。

5.弯曲试验

为了测试铸件的塑性，在焊缝热影响区有裂纹的试样上截取试样进行弯曲试验，试验方法见图7，缓慢对试样施加压力，直到试样刚出现裂纹为止。当弯曲角度为8度时，铸件出现裂纹。见图8。结果表明铸件塑性较差。

图5铸件内部微观裂纹图6铸件表面微观裂纹

图7弯曲试验图8弯曲角度测量

6.裂纹形成过程分析

通过以上试验结果表明，裂纹产生的根本原因如下：

1）铸件Nb，N含量超标，表面和内部存在大量微观缺陷，表明铸造过程不满足工艺要求。

2）铸件母材裂纹是由于铸件母材铸造质量不满足要求，铸件表面存在的微观缺陷在悬吊管在制造过程中受到外力作用扩展成为宏观裂纹。

3）铸件热影响区裂纹是由于悬吊管在热处理后铸件热影响区硬度明显升高，导致铸件塑性变差，在冷校直时由于外力作用最终导致铸件热影响区出现裂纹。

7.裂纹解决措施

针对以上原因分析，提出以下裂纹解决措施：

1）完善附件产品检验流程，严格执行入厂检验程序，严格把控原材料质量，不合格品不允许流入车间生产。

2）寻找50Cr50NiNb铸件的其他合格供应商，现场对供应商的铸件生产过程进行考察，并对首件产品试样进行测试，确保铸件产品满足标准要求。

3）经过对其他两家供应商提供的产品试样进行相关测试发现，铸件在经历了750℃，保温1h的焊后热处理后，50Cr50NiNb侧热影响区硬度均出现明显升高，铸件塑性明显降低，因此取消T23+50Cr50NiNb的焊后热处理。

参考文献

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