宏盛特鋼哈氏合金Hastelloy C276應用及焊接性能研究
電站設備在腐蝕環境下性能及壽命均受到較大影響,增強耐蝕性成為一大技術難關。哈氏合金Hastelloy C276為美國合金牌號,具有良好的力學性能和耐腐蝕性能,但其焊接性能較差。文章系統介紹了哈氏合金在電站設備抗腐蝕方面的應用以及該合金的化學成分、力學性能、焊接工藝特點、焊材選擇等,供工程技術人員參考。
一、哈氏合金Hastelloy C276應用場合
中國承建的沙特拉比格2×660MW亞臨界燃油電廠地處沙特紅海海岸,機組設備所處氣候及環境腐蝕嚴重。以風機為例,其輪轂材質15MnV,強度級別等同Q390,屬于普通低合金高強度鋼,在現場工況下#1機組風機輪轂機械磨損和介質腐蝕嚴重。為解決此問題,經分析,#2機組采取如下改良技術方案:將3mm哈氏合金Hastelloy C276襯板滾型、曲型后包覆于風機輪轂之上,襯板沿周向均勻開孔并以塞焊形式連接至輪轂,襯板對接接頭及襯板與輪轂邊槽處開坡口焊接,形成穩固抗磨耐腐蝕隔離層。經#1、#2機組工程實踐對比,該方案很好地解決了風機輪轂易損問題。該方案技術難點是涉及哈氏合金的接頭焊接,包括C276對C276和C276對15MV接頭。
二、哈氏合金Hastelloy C276化學成分和力學性能
在ASTM B575規范中規定了合金N10276化學成分(max,%):碳:≤0.010%;鈷:≤2.5%;鉻:14.5%~16.5%;鐵:4.0%~7.0%;錳:≤1.0%;鉬:15.0%~17.0%;磷:≤0.04%;硫:≤0.03%;硅:≤0.08%;釩:≤0.35%;鎢:3.0%~4.5%;鎳:余量。 力學性能(min,MPa):抗拉強度690,屈服強度:283;斷后延伸率(min,%):40。為確保改良方案所用合金成分和性能符合要求,公司委托權威檢測機構(SGS)做產品復檢分析。化學成分:碳:0.001%;鈷:1.37%;鉻:15.28%;鐵:5.18%;錳:0.57%;鉬:15.39%;鎳:57.83%;磷:0.006%;硫:0.002%;硅:0.002%;釩:0.01%;鎢:3.42%。力學性能(#1/#2試樣)(MPa):抗拉強度:796/783,屈服強度:420/409;斷后延伸率(%):63.5/60.5。由測試結果可知:合金符合ASTM材料規范要求,且其強度、韌性均明顯優于輪轂材質15MnV。
三、哈氏合金Hastelloy C276焊接性能
1. 焊材選擇
哈氏合金Hastelloy C276合金應用較少,要研究美標材料的焊接性能,首先就應確定母材的焊接性能分組P-No號,和焊材的焊接性能分組F-No號。查閱ASME鍋爐壓力容器規范第IX卷QW-422,可知B-575 UNS-No.N10276組別Nominal composition:54Ni-16Mo-15Cr,P-No.43。據此成分組別查閱QW-432,可確定適合的焊材為F-No.43,若采用手工電弧焊(SMAW),則焊條為ASME SFA-5.11規定牌號ENiCrMo-4,主要成分(%):Ni基體、Fe:4.0~7.0、Cr:14.5~16.5、Mo:15.0~17.0、W:3.0~4.5、Co:2.5、V:0.35;若采用氣保焊(GTAW/GMAW),則焊絲為ASME SFA-5.14規定牌號ERNiCrMo-4,主要成分(%):Ni基體、Fe:4.0~7.0、Cr:14.5~16.5、Mo:15.0~17.0、W:3.0~4.5、Co:2.5、V:0.35。此種焊材在多種侵蝕介質中都表現出了優異的耐蝕性能,特別是耐點蝕和裂隙腐蝕的能力,并且可用于異種鋼焊接。
2. 焊前準備
焊前建立安全的工況條件,焊工做好焊接防護,焊接空間要足夠通風;施焊金屬表面及臨近區域焊前必須清潔無污,去油、去脂、去氧化物及雜質;對哈氏合金襯板與輪轂基體貼合面金屬進行磨光處理,避免電化學腐蝕;焊條嚴格按照AWS規定執行烘焙,焊絲必須保持清潔,必要時用丙酮徹底清除。值得注意的是,哈氏合金屬于中溫敏化金屬(600℃~1200℃),下料及坡口制備須采用機械加工,禁用氧乙炔熱切割。襯板下料后根據實際尺寸進行滾型、曲型。輪轂采用機加工方式制備坡口,并達到襯板組裝時尺寸要求。
3. 焊接工藝特點
哈氏合金具有較強的熱裂紋敏感性,為避免晶粒長大及碳化物析出,必須采用較小的焊接熱輸入。但同時,由于鎳基合金金屬流動性差,易造成未焊透,線能量也不宜過小。故根據經驗需采用中等電流并結合較高焊接速度的施焊方式。推薦焊接時保持90A左右電流,22~24V電壓,短弧以控制層間溫度(小于93℃),收弧時填滿弧坑以防止弧坑裂紋。因示例哈氏合金襯板僅3mm厚,故推薦使用相對柔和的焊接冶金方式GTAW/GMAW。焊絲前端必須處于氣體保護中,杜絕斷續送絲以保證保護氣氛,避免用焊絲攪拌熔池,填滿弧坑后滯后幾十秒停氣以防熱裂紋。在保證保護氣氛和完好熔合的前提下,焊接速度不能過慢以防金屬元素過度燒損,破壞了Hastelloy C276合金本來的耐蝕性。
4. 熱處理
如上所述Hastelloy C276合金屬中溫敏化金屬,為避免敏化傾向加劇晶間腐蝕,不推薦600℃~700℃左右的消應力熱處理。固溶Ni-Cr-Mo抗腐蝕合金,可做固溶退火+迅速空冷處理,以強化其抗腐蝕相的彌散分布,也可做時效處理。
5. 焊縫檢驗
哈氏合金的主要焊接缺陷即裂紋,焊后可做著色滲透檢驗,若發現缺陷按上述要求細節,清除缺陷并返修。
在工程實踐中,金屬材料的耐磨耐腐蝕性能一直是特殊工況下設備服役壽命的關鍵影響因素,通過沙特電廠風機輪轂改良技術方案的實施,我們基本掌握了哈氏合金Hastelloy C276的應用及焊接性能,很好地解決了風機輪轂易損問題,為后續工程積累了寶貴的經驗。
本文標簽:哈氏合金 C276
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