(西北电力建设工程监理有限责任公司陕西西安710032)
摘要：某电厂2×660MW改建工程于2010年08月18日正式开工建设，期间经历多次停复工及项目改造，从168试运行开始，两台机组多次发生管道泄漏及爆管事故，在之后进行的全面质量检查工作中，发现#2机组主汽及热段管道部分焊缝及母材（T/P91）硬度异常，且硬度异常应与热处理工艺执行不当有直接关系。
关键词：硬度异常，T/P91钢，热处理
一、质量事故经过
某电厂2×660MW改建工程于2010年08月18日正式开工建设，期间经历多次停复工及项目改造，整个工期历时5年5个月，期间经历多次停复工及项目改造。
从168小时试运开始，两台锅炉的受热面管道因设备制造及安装工艺不当共导致发生多次泄漏及爆管，机组168小时试运结束后对出现问题管道进行了换管或挖补处理。事后经过认真分析，发现造成以上问题的原因是多方面的，最直接的原因包括焊接质量不达标、管子材质不合格、管道内氧化物清理不干净等等，间接原因也有很多，包括施工工期拖延、施工中途非正常停工、金属检测不到位、质量管理人员监管不到位等等。
之后此电厂对两台机组的安装质量进行了全面的检查，发现#1机组主汽及热段管道存在部分焊缝及母材硬度异常情况。
电厂随之组织参建各方代表及专家组进行讨论分析，认定此次硬度异常的主汽及热段管道的焊缝及母材应该与管道制造及现场焊接热处理有关，为保证机组长周期安全稳定运行，应对8段硬度异常管段进行更换处理，且在换管前应对部分硬度偏差较大焊口加强监督，尽量减少冲击。
二、硬度异常原因分析
针对某电厂此次硬度异常情况，结合现场实际以及相关文献资料，本人对焊接热处理工艺以及热处理工艺执行不当对T/P91钢硬度的影响进行了较为简单的分析及总结。
焊接热处理工艺是指在焊接之前、焊接过程中或焊接之后，将焊件全部或局部加热、保温、冷却，以改善工件的焊接工艺性能、焊接接头的金相组织和力学性能的一种工艺。焊接热处理工艺包括预热、后热及焊后热处理，这三个阶段的热处理工艺对保证焊接质量起着至关重要的作用。
焊前预热其主要作用表现在三方面：
第一，焊前预热可降低焊接接头的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢逸出，可避免出现氢致裂纹，
第二，预热可降低焊接应力，预热(局部预热或整体预热)可减小焊接区域与焊件整体之间的温差值，此温差值越小，焊接区域与焊件结构间温度不均匀性也越小，一方面降低了焊接应力，另一方面降低了焊接应变速率，有利于避免焊接裂纹。
第三，预热可降低焊接结构的拘束度，对降低角接拘束度尤为明显，随着预热温度的提高，出现裂纹的几率会随之下降。
有冷裂纹倾向的焊件，当焊接工作停止后，若不能及时进行焊后热处理，应进行后热，以避免因冷却速度过快而产生裂纹。对于马氏体型热强钢，应在马氏体转变完成后，焊件处于80℃～120℃时保温1h～2h后进行。
焊后热处理的目的有三个，分别是消氢、消除焊接应力、改善焊缝组织。
焊后消氢处理，是指在焊接完成以后，焊缝温度尚未冷却到100℃以下时进行的低温热处理。原理是将焊缝加热到一定温度可以加快焊缝及热影响区中氢的逸出，防止低合金钢焊接时产生氢致裂纹。
在焊接过程中，由于加热和冷却的不均匀性，以及构件本身产生拘束或者外加拘束，在焊接工作结束后，构件中会产生应力集中。应力集中在构件中的存在，会降低焊接接头区的实际承载能力，产生塑性变形，严重时，还会导致构件的破坏。焊后热处理是使工件在高温状态下屈服强度降低，从而达到消除应力的目的。常用的方法有两种，一种是整体高温回火，另一种是局部高温高温回火。整体高温回火是将焊件整体放入加热炉内，缓慢加热到一定温度后保温一段时间，然后在空气中或炉内冷却，可以消除80%～90%的焊接应力。局部高温回火是指只对焊缝及其附近区域进行加热，然后缓慢冷却，最后使应力分布趋于平缓，起到消除部分焊接应力的目的。
此次发现的部分焊口及母材硬度异常的主汽及热段管道，材质均为P91。T/P91钢是现役机组中最常用的钢种之一，属于改进型的9%Cr高强度马氏体耐热钢，具有较高的抗氧化性能以及良好的冲击韧性。除固溶和沉淀强化外，还通过微合金化、控制轧制、形变热处理获得高密度位错和高度细化晶粒，使其具有优异的常温力学性能和良好的高温强度和抗蠕变性能。由于其综合性能优异，目前广泛应用于超临界、超超临界发电机组承压部件。
T/P91钢中，铁基基体中Cr、Mo元素的加入起到对基体的固溶强化作用，同时，通过Nb元素的加入和正火加回火的热处理工艺，在最终产品中得到具有碳化物M23C6和MX（M=V或Nb、Ta，X=C或N）型钒/铌碳氮化物等析出物的板条状回火马氏体组织。其中的析出物通过沉淀强化而改善材料的蠕变强度，同时，M23C6碳化物还起到稳定马氏体组织板条结构的作用。
根据化学成分差异，T/P91钢加热期间开始形成奥氏体的相变温度（下转变温度）在800℃～830℃之间，完成奥氏体转变的温度（上转变温度）Ac3在890℃～940℃之间。在连续冷却过程中，马氏体转变开始温度在400℃左右，马氏体转变结束温度在100℃左右。以上转变温度，对于T/P91钢的焊接，包括焊前预热、焊后消应力热处理等具有极其重要的意义。
在T/P91钢种，通过Cr、Mo和Ni、Mn、Si这两类合金元素的配合，抑制了过冷奥氏体在较大的冷却速度范围内冷却过程中珠光体和贝氏体组织的产生，使T/P91钢在正火状态下，奥氏体组织全部转变为马氏体组织。在随后进行的750℃～780℃温度下回火过程中，马氏体组织中M23C6碳化物和MX型钒/铌碳氮化物均匀析出，提高了材料的蠕变性能，并降低了材料的硬度。在Ac1温度下，随回火温度提高，材料的屈服强度Rp0.2、抗拉强度Rm和硬度降低，同时韧性增加。回火温度高于Ac1，新的马氏体形成而使材料强度和硬度提高，塑韧性降低。
T/P91钢经过热处理后，焊缝金相显微组织应为回火马氏体/回火索氏体。当焊后热处理恒温时间停留过长时，会造成T/P91钢硬度低于标准值，而热处理温度或时间不足时，会造成焊缝硬度高于标准规范所限定的范围。
此次出现硬度异常的管段，发现其母材硬度值均偏低，而当母材硬度值接近标准值的下限时，在焊口进行热处理后，其热影响区内的母材硬度值会继续下降，这很可能会导致管材硬度值直接低于标准规范所要求的下限值，从而造成硬度不合格。
三、经验教训及启发
以上主汽及热段管道出现的硬度异常问题提醒我们，管材在出厂时其硬度值不能过低，避免出现在经过现场焊接及热处理过后母材硬度值低于标准要求的情况。所以，管材在进入现场后，现场无损检测单位应适当加大设备硬度检测的抽检比例，并做好相关记录，发现问题及时协调处理，避免给后期机组的正常运行带来安全及质量隐患。
此次某电厂发生的一系列质量问题，对我们工程监理工作者来说是一个教训也是一个积累工作经验的机会，在以后的工作中，我们应该汲取这次教训的经验，努力做好现场的质量管理控制工作，避免在以后的工程中再次出现类似问题。我将某电厂此次出现的质量问题进行了以上较为详细的分析和总结，希望对大家以及我自己以后的工作有所帮助。
参考文献：
[1]T/P91钢及其焊接、焊接热处理、无损检测工艺要点。作者：李应钦，刘文峰
[2]进口P91管道焊接工业热处理工艺。作者：齐向前
[3]DL/T869-2012《火力发电厂焊接技术规程》