[发明专利]厚壁大径管的焊接接头结构和其焊接施工方法

说明书

对由以重量％计含有Cr：20～35％、Mo：0.1～10％、Al：0.1～3％、Ti：0.11～3％、Ni：余量的Ni基系合金所形成的一对厚壁大径母管(1)和相同材质的宽度为约60mm的中间构件分别预先实施热加工或冷加工，至少对包含在设置有锅炉的现场成为最终焊接部的部分的范围实施固溶处理后，在设置有锅炉的现场对所述中间构件之间进行最终焊接，通过该方法可以获得高可靠性的厚壁大径管的焊接接头结构。

技术领域

本发明涉及一种厚壁大径管的焊接接头结构和其焊接方法，所述厚壁大径管的焊接接头结构由Ni基系合金形成，被用于主蒸汽温度达到700℃左右的新一代超超临界压发电设备的主要机器、即锅炉的高温部的集流管、主蒸汽管、以及再热蒸汽管等中；特别涉及当设置有锅炉的现场没有制造工厂那样的大型热处理设备时，在前述设置有锅炉的现场进行最终焊接部的焊接时不易产生再热裂纹的焊接接头结构和其焊接施工方法。

背景技术

在前述发电设备用锅炉的高温部中，传热管、配管大多使用耐热钢。这些之中，集流管、主蒸汽管、以及再热蒸汽管等大径管一直使用的是2.25～11％Cr系耐热钢。近年，在抑制二氧化碳排出的背景下，特别是在燃煤火力发电设备中，为了提高发电效率而不断提高在前述锅炉中产生的蒸汽的温度，现在，正在运转的是主蒸汽温度为600℃的燃煤火力发电设备。

此外，出于进一步提高发电效率的目的，正在进行主蒸汽温度为700℃的发电设备的开发。在这样的蒸汽温度的高温区域中，现有的耐热钢在强度及耐腐蚀性方面存在问题，无法使用，因此，有必要使用固溶强化型或析出强化型的高强度的Ni基系合金。

在将这些高强度的Ni基系合金用于前述主蒸汽温度为700℃的发电设备用的锅炉时，使用利用固溶强化、析出强化等强化机理对Ni基系合金的金属组织进行调质而确保了高温强度的材料，但用于实际机器时，由于在金属结晶(以下有时简单称为结晶)晶粒内析出强化相，从而晶粒内的强度变得比晶界的强度高。因此，蠕变容易集中于晶界，与现有材料相比，对于由焊接时的热循环引起的再热裂纹的敏感性有时变高。

此外，前述发电设备用的锅炉的高温部的集流管、主蒸汽管、以及再热蒸汽管等中使用的前述高强度的Ni基合金为例如壁厚20mm以上、直径165.2mm以上的厚壁大径管，但前述集流管、主蒸汽管、以及再热蒸汽管等以数米～数十米的长度来使用。需要说明的是，在已安装的使用现有材料的发电设备用的锅炉的高温部的主蒸汽管、再热蒸汽管中，使用直径500、600mm或更大直径的蒸汽管。

作为前述高强度Ni基系合金，有例如固溶强化型的Alloy617(52Ni-22Cr-13Co-9Mo-Ti-1Al、析出强化型的Alloy263(50Ni-20Cr-20Co-6Mo-2Ti-Al)、Alloy740(50Ni-25Cr-20Co-2Nb-2Ti-Al)。

在将这些合金制成例如壁厚20mm以上、外径165.2mm以上的壁厚大径管的工序中，首先制造用于获得目标制品长度、壁厚的铸锭，然后利用锻造等施加充分加工逐渐制造出制品尺寸，前述高强度Ni基系合金为高强度合金，因此在材料厂家的通常制造能力下难以制造出长尺寸的制品，例如通常最多能制造长度为3m以下的制品，因此，加工度变得比较小。需要说明的是，加工度是表示由前述铸锭的加工前的原始长度、厚度至制品的最终长度、厚度的变形量的指标。

一般而言，有加工度越大越容易变成细粒组织的倾向，再结晶温度变低。在制造前述高强度Ni基系合金的厚壁大径管时，晶粒粒径变为例如200～300μm的较粗的粗粒。从而材料厂家制造的厚壁大径管被锅炉厂家购入，锅炉厂家购入时的晶粒粒径如前所述为例如200～300μm的较粗的粗粒。

在将这样的高强度Ni基系合金用于结构上应力集中的位置时，由于粗大化的晶粒的延展性和韧性降低，最初产生于结晶晶界处的微小裂纹传播所需的极限应力降低，从而即使较小的应力下微小裂纹也容易传播。