DE102017005902A1

DE102017005902A1 - Verfahren und Anordnung zur Herstellung von Schweißverbindungen von Rohren hochwarmfester Stähle mit einem Chromgehalt zwischen 18% bis 25%

Info

Publication number: DE102017005902A1
Application number: DE102017005902.0A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Lausitz Energie Kraftwerke AG
Current assignee: Lausitz Energie Kraftwerke AG
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2018-12-27

Abstract

Rohre aus 18-25%igen Chromstählen werden in Anlagen, z.B. Dampferzeugern für Kraftwerke, in Wärmeübertragerbündeln verschweißt. Bisher treten in den Wärmeeinflußzonen der Schweißnähte Risse auf, die eine spezifische Gefährdungsbeurteilung erfordern und ggf. das Abschalten der Anlage erforderlich machen. Zur Vermeidung der Rissentstehung werden Verfahren und Anordnungen von der Schweißnahtherstellung mit Wärmenachbehandlung beschrieben.

Description

Die Erfindung bezieht sich im Wesentlichsten auf die Überhitzerheizflächen in Großdampferzeugern und anderen Anlagen mit Dampftemperaturen von über 540°C. Für diese Heizflächen werden Rohrwerkstoffe mit Chromgehalten von bis zu 25% eingesetzt und artgleich bzw. an höherlegierte und niedriger legierte Werkstoffe verschweißt.
Seit Anfang 2000 werden Dampfkessel mit über 580°C Dampftemperaturen entwickelt, gebaut und in Betrieb genommen. Um die Anlagen in den Endüberhitzern mit höheren Dampftemperaturen betreiben zu können, um unter anderem das Ziel, den Wirkungsgrad der Dampfkraftwerke zu erhöhen und gleichzeitig den CO²-Ausstoß je erzeugte MWh zu senken, wurden moderne Rohrwerkstoffe mit einem Cromgehalt von ca. 18% bis 25% eingesetzt. Diese sogenannten höher warmfesten Werkstoffe können neben der Erhöhung der Dampftemperatur auch dem korrosiven Angriff durch das Rauchgas gut widerstehen und verfügen gleichzeitig über ein deutlich besseres Oxidationsverhalten auf der Rohrinnenseite.
In der Vergangenheit kam es bei den Überhitzerheizflächen in Großdampferzeuern, in denen die Rohrwerkstoffe HR3C (Hersteller Nippon Steel & Sumitomo Metal) und DMV310N (Hersteller Salzgitter Mannesmann) Werkstoffnummer 1.4952 / X6CrNiNbN25-20) eingesetzt wurden, immer wieder zu Rissen in den Rohrrundschweißnähten im Bereich der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht dieser Werkstoffe. Eine Reparatur der Schweißnähte nach dem bisherigen Stand der Technik führte erneut zu Rissen in diesen Bereichen. Die Risse verlaufen interkristallin von der Innenseite nach außen und können zu Leckagen führen. Ein Wechsel auf den Sanicro 25 (Hersteller Sandvik) Werkstoffnummer 1.4990 / X7NiCrWCuCoNbNB25-23-3-3-2 oder auch die Optimierung des Schweißprozesses, mit dem aktuellem Stand der Technik, verhindern die Wahrscheinlichkeit der Rissentstehung nicht vollumfänglich. In der Folge traten auch an besonders sorgfältig ausgeführten Nähten erneut Risse auf, die zu Leckagen führten. Alternativ wäre der Einsatz eines Nickelbasiswerkstoffes möglich. Diese Werkstoffe sind aber auf Grund des hohen Nickelgehaltes aus wirtschaftlichen Aspekten keine Alternative zu den 18% bis 25%igen Chromstählen. Der Austausch gegen den ebenfalls in Teilen mit geringeren Betriebstemperaturen von Überhitzerheizflächen eingebauten Super 304H (Hersteller Nippon Steel & Sumitomo Metal) und DMV 304 HCu (Hersteller Salzgitter Mannesmann) Werkstoffnummer 1.4907 / X10CrNiCu Nb 18 9 3, mit seinen geringeren Nickel- und Chromgehalten als der Werkstoff 1.4952 stellt aus technischen Gründen keine vollumfängliche Alternative dar, da diese Werkstoffe unter den geforderten Einsatzbedingungen nicht die erforderliche Beständigkeit gegen korrosiven Angriff durch das Rauchgas und gleichzeitig nicht über das erforderliche Oxidationsverhalten auf der Rohrinnenseite verfügen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung zu schaffen, die Schweißverbindungen zwischen artgleichen und unterschiedlichen Werkstoffen so herzustellen, dass keine Risse mehr in den Rohrwerkstoffen mit einem Cromgehalt von ca. 18% bis 25% in der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht entstehen.
Die Erfindung geht davon aus, dass die Überhitzerheizflächen mit Dampfparametern über 580°C und einem Rohrwerkstoff mit einem Chromgehalt von 18% bis 25% ausgeführt werden sollen. Die Wandstärke der Rohre ist dabei überwiegend abhängig vom jeweiligen korrosiven Angriff aus dem Rauchgas. Diese Werkstoffe werden innerhalb der verschiedenen Überhitzer inclusive z.B. der dazugehörigen Sammler oder Verteiler mit artgleichen und/oder artfremden Materialien verschweißt.
Als Schweißzusatzwerkstoffe werden artgleiche oder höher legierte Werkstoffe, d.h. einen höheren Chromgehalt aufweisende Materialien, eingesetzt.
Bei der Anwendung dieses Verfahrens ist es nicht erforderlich den 9%igen Cromstahl des Sammlers über seine Vorgaben zur Wärmenachbehandlungstemperatur von 770°C zu beanspruchen.

Claims

Verfahren zum Verschweißen von Rohren aus 18% bis 25%-Chromstählen untereinander und mit Rohren anderer Werkstoffe für den Einsatz in Wärmeübertragerheizflächen in Dampferzeugern gekennzeichnet dadurch, dass nach der Schweißnahtausführung und vor der ersten Beaufschlagung der Rohre mit Rauchgas auf der Außenseite und Dampf auf der Innenseite die Schweißnähte einer Wärmenachbehandlung unterzogen werden. Anordnung der zu verschweißenden Werkstoffe innerhalb bzw. außerhalb der Rauchgasbeaufschlagung zur optimalen Ausnutzung der entsprechenden Werkstoffeigenschaften Korrosionsbeständigkeit und Oxydationsbeständigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Schweißnaht im Nachgang zum Schweißen bei Temperaturen zwischen 900°C bis 1000°C wärmenachbehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Haltezeit der Wärmenachbehandlungszeit kleiner als fünf Stunden beträgt. Eine Mindestzeit von ca. 10 Minuten ist einzuhalten.
Verfahren und Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Anschluss an den Sammler und/oder an die beheizte Heizfläche aus 18% Cromstählen (wie z. B. Super 304H) erfolgt, wobei die Verbindungsnaht zwischen 18% und 25 % Cromstahl im mit Rauchgas beaufschlagten Bereich liegt.
Verfahren und Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Anschluss an den Sammler und/oder an die beheizte Heizfläche aus 18% Cromstählen (wie z. B. Super 304H) erfolgt, wobei die Verbindungsnaht zwischen 18% und 25 % Cromstahl außerhalb des mit Rauchgas beaufschlagten Bereiches, z.B. im sogenannten Totraum (Sammlervorbau) liegt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass als Schweißzusatzwerkstoff ein artgleicher sowie auch ein niedriger legierter duktiler Werkstoff, sowohl auch ein Nickelbasiswerkstoff eingesetzt werden kann, der die Dehnungskonzentration im Bereich der Korngrenzen des angrenzenden Grundwerkstoffes reduziert.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass ein Gefügezustand im Schweißnahtbereich eingestellt wird, der nach der Wärmenachbehandlung ein gleichmäßiges duktiles Verformungsverhalten über den kompletten Querschnitt ermöglicht.