BHW35材质的厚壁锅筒制造难与工艺控制浅析

 虞国锋 李霁光

（南通万达锅炉有限公司  南通226014）

摘要：BHW35材料强度高，具有良好的综合力学性能和工艺性能，广泛应用于锅炉行业高压、超高压、亚临界锅炉厚壁锅筒中。但该材料制造要求严格，过程控制不当，极易出现质量问题。本文就BHW35厚壁锅筒制造难点进行分析，从下料、封头成形、筒节卷制、焊前预热、消氢处理、焊后热处理等重点工序提出有效的工艺措施及过程控制要求，为大容量、高参数锅炉中BHW35材质的厚壁锅筒制造提供一些可借鉴的经验。

  关键词：BHW35材料厚壁锅筒工艺措施技术要求  中图分类号：X933.2

文章编号：1673-257X(2016)03-0027-03 DOI：10. 3969/j .issn .1673-257X．2016. 03. 006

 根据我国节能减排、建设节约型社会的要求，发展大容量、高参数锅炉是提高热效率，降低能耗，节约一次能源，改善环境的必然趋势。笔者公司主要生产循环流化床、垃圾炉、水煤浆锅炉、余热炉等环保节能产品为主A级锅炉制造企业。最近，公司签定了一台额定蒸汽压力11MPa高压水煤浆锅炉，该锅炉锅筒材料采用BHW35、厚度6 70mm。BHW35厚壁锅筒制造难度较大，过程控制不当，极易出现裂纹。本文就BHW35材质的厚壁锅筒制造难点进行分析、提出切实有效的工艺措施，为BHW35厚壁锅筒提供一些可借鉴的经验，以期收到抛砖引玉的效果。

1 BHW35钢化学成分与力学性能

  BHW35是德国研制钢种，合金元素设计合理，组织稳定，具有良好的综合力学性能和工艺性能。该钢种一般在正火加高温回火状态下使用，钢中加入了微量的铌细化晶粒，提高钢的韧性和防止脆性破坏的能力。最先由德国蒂森钢铁公司和亨利钢厂研制开发，我国后来开发的13MnNiM054钢与BHW35相近。主要用于高压、超高压、亚临界锅炉厚壁锅筒的制造。

2 BHW35厚壁锅筒制造主要工艺流程（见图1）

3制作难点

 BHW35钢强度高，锅筒卷制时不严格进行过程控制，极有可能引起筒体卷制开裂；材料冷裂倾向，焊缝易产生延迟裂纹；焊后热处理不当，焊缝的力学性能不合格等重大质量问题。

4工艺措施及过程控制要求

4.1下料

 为减少温差造成的应力，钢板气割下料前需进行预热，推荐温度为≥120℃。我国主要是舞阳钢铁厂生产，考虑到合金元素及杂质成分，预热温度建议适当提高，  （生产实践中一般150℃～200℃）。下料时可考虑用火焰加热的方法进行预热，预热宽度为2倍的板厚且不小于100mm。气割下料后必须将板的四周修磨成圆角，尤其钢板的卷制方向。卷制时外侧钢板受拉应力，内侧受压应力，因此，钢板的外侧圆角要大一些（一般不小于R6mm），内侧可小一些（一般R3mm左右）。避免气割边缘的缺口缺陷在筒节卷制时出现开裂。对于筒体纵缝，气割去除预弯余量后，要对楔形坡口面仔细打磨，并进行100%MT，坡口表面不得有细微裂纹。

4.2封头压制

 钢的组织中奥氏体塑性高，屈服强度低，容易塑性加工成形。所以钢的锻造加工、热压成形常常要求在奥氏体稳定存在的温度区域范围内。因而，封头毛坯的加热需在材料A3线上面。但温度不能过高，温度过高使奥氏体晶粒长得很粗大，致使塑性很差。甚至产生过热或过烧现象。生产实践中，BHW35材质的封头压制的加热规范：始压温度970℃～1000℃，终压温度≥850℃；保温时间：1.4～1.6min/mm。同时将热电偶贴合放置在工件上，有效控制加热规范。封头热加工后，为了恢复材料的力学性能，需进行正火加回火处理。为了验证封头的力学性能，封头热压成型及热处理过程中需同炉增加一块试板。

4.3简体卷制、坡口加工

 BHW35锅筒不采用冷卷工艺，可采用温卷或热卷工艺，热卷加热温度：950～990℃。热卷后为了满足材料的机械性能，必须正火加高温回火处理。生产实践中，便于操作和成本考虑较多采用温卷，温卷温度不超过钢板出厂的回火温度，一般600℃左右。

 纵缝坡口采用V型坡口加垫板（见图2），卷制后气割加工坡口，气割前必须预热，预热温度150℃～200℃。气割后打磨清理干净，坡口表面100%MT探伤检查。垫板碳弧气刨清除，碳弧气刨前预热，清除后打磨清理干净100%MT无损检测合格后再焊接一层，以减少应力集中。筒节卷制后每节筒节上装焊两块固定板防止筒节变形。

 筒节的环缝一般采用UV型坡口形式（见图3），筒节校圆后可采用大型车床等设备机加工而成。

4.4焊接、无损检测要求

 1)焊前预热温度150℃～200℃；

 2)焊接时层间温度不得过低，应控制在200～300℃，否则易产生裂纹。每层焊完后要清渣，防止产生未熔合、夹渣等缺陷；

 3)焊剂严格烘干，锅筒的纵缝、环缝、集中下降管、人孔圈焊缝焊后应立即进行消氢处理，消氢温度：350～400℃，保温时间2～3h。环缝消氢可采用环形罩式局部热处理罩。纵缝消氢进炉整体处理，消氢过程不间断，热电偶放置在工件上，加强巡检；

 4)  纵、  环缝焊缝焊后应进行100%RT+100%UT+100%MT无损探伤，由于BHW35材料具有延迟裂纹的倾向，焊缝的无损检测时机应在焊接完成24h后进行。

4.5热处理要求（见图4）

 1)封头压制后为了恢复材料的力学性能，需正火加回火处理；

 2)筒节纵缝校圆时，为了避免校圆时应力过大，增加中间热处理；

 3)正火保温温度：930±10℃，均热2.0min/mm，保温后空冷；回火保温温度：660±10℃，均热3.0min/mm：

 4)焊后热处理：锅筒焊后应进行整体热处理，在热处理前由检验员确认所有焊接工作已全部结束并经检验合格。焊后整体热处理温度：575±15℃，保温后随炉冷却。

 5)正火、焊后热处理保温时间：

 t≤50mm时，0.04t小时，但不得少于15min；

 t> 50mm时，  (150+t)／100h;

 6)加热速度：

 在加热过程中，400 ℃以上温度范围内应控制加热速度。

 V1≤220×25/t，且最大不超过220℃/h

 7)冷却速度：

 在冷却过程中，300℃以上温度范围内应控制冷却速度。

 V2≤275×25／t，且最大不超过275℃／h

4.6其他一些要求

 1)大口径管孔开孔可采用气割，气割起点应在孔内，气割后打磨掉渗碳层及气割起点尖角，打磨后应进行100% MT探伤检查；

 2)该材料脆性转变温度较高，水压试验时试验用水温度大于50℃。

5结束语

 BHW35厚壁锅筒制造有较大难度，只要严格控制好卷制前的一些细节和卷制温度，认真做好焊前预热、焊后消氢处理、热处理等工序，就能有效防止卷裂、焊接裂纹产生，达到材料的综合力学性能，制造出质量优良的产品。