[发明专利]整体集管的制造期间用以排除异种金属焊接(DMW)的功能梯度成分控制方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月24日提交的临时申请 No.61/489,507的受益权。

技术领域

本申请涉及一种制造集管组件的方法，该方法避免DMW并且排除对焊后热处理的需要。

背景技术

许多化石燃料发电厂被建造用于连续的基荷运转并且如今开始了解有意义的循环运转。诸如集管和高温管道系统的部件上的显著应变通常与循环实践相关联，该循环实践常常导致部件退化、开裂、以及部件的最终失效。另外，循环运转能够导致在沿着集管长度的各位置处的热梯度，该热梯度能够导致在这些位置处过热和损坏。当遭遇损坏时，公用设施常常面临更换整个集管的困境。

传统的集管设计和制造需要制造长而厚的管段，在该管段中开孔以接纳集管短管。碳或低合金钢和不锈钢集管通常使用轧制和焊接(R&W)的板段或挤压管段制造。以环绕直径的规定方向并且沿着其中短管随后被连接到部件的特定长度将贯穿部（或孔）加工到集管中。短管借助各种焊接方法和过程连接，这取决于制造商。这导致了通常整个地（集管和管）由低合金钢（例如2-1/4Cr-1Mo）或蠕变强度增加的铁素体钢（钢号91）制造的集管组件。

需要在现场进行第二次焊接来将集管/管组件连接到奥氏体不锈钢锅炉管。在该应用中，在不锈钢(SS)锅炉管和低合金短管或CSEF短管之间利用异种金属焊接(DMW)。通常地，利用镍基填料金属来完成管到短管焊接。不幸的是，在现场进行这种焊接是困难的，并且随着时间的推移，在使用温度下能够因碳迁移和DMW固有的降低的蠕变强度问题而导致失效。在这种传统方法中对CSEF钢的一个独特的挑战是需要在短管上进行现场焊后热处理(PWHT)。因为短管接近集管，不适当的PWHT会对短管或集管本身造成损坏。

发明内容

现有技术的这些和其它缺点通过本发明解决，本发明提供了一种制造集管组件的方法，该集管组件避免DMW并且排除对焊后热处理的需要。

根据本发明的一个方面，制造供在锅炉管和集管组件之间的异种金属的连接中使用的、具有集管段和管段的集管组件的方法包括如下步骤：提供集管组件的倒型模具；通过用雾化低合金钢粉末填充该倒型模具的集管段来形成该集管段；以及形成该管段。该管段通过如下步骤形成：用雾化低合金钢粉末填充倒型模具的管段的第一部分；通过用一系列从低合金钢到奥氏体不锈钢递增的雾化钢粉末填充倒型模具的管段的第二部分来形成过渡区域；以及用雾化奥氏体不锈钢粉末填充倒型模具的管段的第三部分。该过渡区域布置在该第一部分和该第三部分之间，使得该过渡区域的低合金钢粉末被布置成紧挨着该第一部分的低合金钢粉末，并且该过渡区域的奥氏体不锈钢粉末被布置成紧挨着第三部分。该方法进一步包括如下步骤：将雾化粉末在高温、高压气氛中固结并熔化以形成集管组件。

根据本发明的另一方面，供在低合金钢管道和奥氏体不锈钢管之间的连接中使用的集管组件包括：集管段，该集管段由低合金钢形成；以及管段，该管段从该集管段向外延伸。该管段包括：连接到集管段的第一低合金钢段；第二过渡段；以及用于连接到奥氏体不锈钢管的第三奥氏体不锈钢段，其中第二过渡段布置在第一低合金钢段和第三奥氏体不锈钢段之间。

附图说明

被视为本发明的本主题可通过参考结合附图所作出的下列描述而最佳地理解，在这些附图中：

图1示出根据本发明的一实施例的整体集管到管附件；以及

图2是用于制造集管组件的方法的流程图。

具体实施方式

参照附图，根据本发明的一实施例所形成的集管组件在图1中示出并且总的以附图标记10表示。

本发明利用全新的制造技术来彻底排除对集管组件中DMW的需要。该制造方法利用借助粉末冶金和热等静压处理(PM/HIP)所产生的功能梯度成分控制来产生从短管合金到锅炉管合金的平滑成分过渡。在该方法中，包括短管12的整个集管组件10使用PM/HIP制造。然而，该方法的新颖之处是，管12的最终1-2英寸用功能梯度成分制造，使得成分从低合金钢（或CSEF钢）段13到奥氏体不锈钢段15使用过渡段14逐渐地变化，该过渡段由从雾化低合金钢粉末到雾化奥氏体钢粉末的一系列递增应用的钢粉末形成。这通过利用PM成分控制以逐渐地将合金从低Cr（2-1/4Cr或9Cr）过渡到18Cr奥氏体不锈钢锅炉管合金而实现。使用该过程排除了通常需要用于将集管组件连接到锅炉管的DMW。由于产生了功能梯度整体集管，所有热处理均能够在受控的车间环境下进行，因此排除了对现场焊后热处理的需要。