随着国内火电机组向着大容量、高热强材质、高参数、高可靠性超临界机组的发展，对火电机组高温
高压调节阀的技术性能提出了更高的要求。WB36钢是一种新型高强
阀门用钢，属Ni2Cu2Mo型低合金钢，DIN标准名称为15NiCuMoNb，由德国Thy2seen钢厂最先研制。由于该钢具有强度高和焊接性能优良的特点，已广泛地应用于1000MW超临界机组的高压给水管路、高压加热器进出口及旁路阀门的制造。与碳素钢相比，其许用应力提高约2倍，阀门壁厚可减少一半。但国内WB36钢制阀门必须从国外进口价格昂贵。为了改变这种状况，河南开封高压
调节阀门有限公司吸收国外高新技术，成功地研制出了1000MW超临界机组用WB36钢制阀门。2006年10月，河南开封高压阀门有限公司首次为某发电公司生产的1000MW超临界火力发电机组用整体锻钢高压加热器出入口阀、大旁路阀、电动和汽动主给水泵出口阀共9台投入运行，至今情况良好。文中介绍其研制情况。
一、火力发电机组用WB36钢阀门参数
（1）高压给水加热器给水用WB36钢阀门阀门型号和规格：①Z9D60Y450W362300，公称压力45.0MPa，公称直径300mm。②Z9D60Y450W362350，公称压力45.0MPa，公称直径350mm。2种规格阀门的工作温度均为302.4℃，工作压力均为36.3MPa，入口管及出口管尺寸均为ª457mm×47.5mm，旁路管子尺寸ª355.6mm×36mm，管子材料WB36。
（2）电动给水泵及汽动给水泵用WB36材料高温高压锻钢阀门参数阀门型号和规格分别为：①Z9D60Y500W362300，公称压力为50.0MPa，公称直径300mm。②Z9D60Y500W362350，公称压力为50.0MPa，公称直径350mm。2种阀门的工作温度均为302.4℃，工作压力均为40.92MPa，电泵出口管尺寸（入口/出口）为ª355.6mm×45mm/ª35516mm×36mm。汽泵出口管子尺寸（入口/出口）为ª457mm×60mm/ª457mm×47.5mm，管子材料WB36。
二、WB36钢的力学性能
根据德国vd。TUV377规范，WB36钢的金相组织为贝氏体+铁素体（贝氏体质量分数40%～60%），晶粒度7.0。其化学成分为w（C）≤0.17%，w（Mn）=0.80%～1.20%，w（S）≤0.020%，w（P）≤0.025%，w（Si）≤0.25%～0.50%，w（Cr）≤0.30%，w（Mo）=0.25%～0.50%，w（Ni）=1.00%～1.30%，w（Al）≤0.050%，w（Nb）=0.015%～0.045%，w（Cu）=0.50%～0.80%。力学性能为：Rm≥610～780MPa，ReL≥440MPa，A≥20%，Z≥17%，AKV≥27J。按GB/T10561中JK评级图评级，其中A、B、C、D各类非金属夹杂物分别不大于1.5级。
WB36钢锻件的金相组织为贝氏体+铁素体（贝氏体质量分数50%～60%），晶粒度7.0～8.0。锻件的化学成分w（C）=0.14%，w（Mn）=1.09，w（S）=0.016%，w（P）=0.014%，w（Si）=0.40%，w（Cr）=0.05%，w（Mo）=0.36%，w（Ni）=1.28%，w（Al）=0.020%，w（Nb）=0.036%，w（Cu）=0.55%。力学性能：Rm≥662MPa，ReL≥528.5MPa，A=22%，Z=6815%，AKV≥14213J。按GB/T10561中JK评级图评级，其中A、B、C类非金属夹杂物分别为0级，细系D级非金属夹杂物为1.5级，粗系D级非金属夹杂物为0.5级。
三、阀门研制
1、阀门的结构特点
WB36钢由德国开发，许多设计所需数据并未公布，强度计算、焊接参数和热处理工艺等数据缺乏，这给WB36钢阀门的研制带来了很大困难。笔者搜集整理近年来国内外相关专业资料，在对其分析研究、验算校核、相互比对的基础上查阅了大量有关KSB、SEMPELL、VELAN等国外公司产品资料，分析归纳数据，参考ASME标准和日本冈野电站阀门的成熟技术，综合有关结构、材料、机加工和焊接等方面的资料，对阀体结构不断进行改进，最终使阀体结构和强度性能更加合理，提高了阀门的安全性和可靠性。
WB36钢阀门研制最关键的是阀体、阀盖、闸板及阀座等承压件的锻造，其数量大，品种多，尺寸大小相差悬殊，质量最大的可达6t，而最小的的仅20kg左右。若进口国外锻件，交货时间长且价格高，直接影响合同交货期。河南开封高压阀门有限公司的技术人员利用国内特钢生产的条件，通过分析阀体三通结构特点，针对WB36生产情况，制定了整套技术路线和技术措施。阀体采用整体自由锻造，与KSB、SEMPELL等国外公司分体锻造后再焊接的方式相比质量更可靠。WB36钢阀门锻造用钢锭采用先进的真空电弧炉生产，锻件最终热处理为960℃正火和640℃回火。
WB36阀门主要结构和特点：①阀体整体自由锻造，强度高，可靠性好，外表光滑美观。②阀门自密封环采用增力型密封环结构，减少了预紧螺栓的预紧力，使中腔自密封更容易实现。③填料采用蝶式增强+编织柔性石墨组合填料，该结构填料预紧力小，能承受的密封压力大，密封性好，不易被挤压溃散。④预紧螺栓和体架连接，螺栓为防剪应力结构，提高了螺栓强度，也便于装配和拆卸。⑤闸板上设计卸压孔。⑥导轨及导轨槽堆焊耐磨材料，保证了阀门快速开、关的耐磨要求。
2、无损检测
WB36钢锻件按美国ANSIB16.34-2005进行超声波、磁粉和渗透检测。其中阀体、阀盖、闸板、阀座、四开环以及垫环分别按ANSI/ASMEB16.34—2005强制附录ⅣE2.1条和ANSI/ASMEB16.34—2005强制附录ⅡC2.2条进行超声波、磁粉检测；阀杆、螺栓、螺母按ANSI/ASMEB16.34—2005强制附录ⅣE2.1条进行超声波检测；依据ANSI/ASMEB16.34—2005强制附录ⅡD2.2条检验闸板密封面、阀座密封面和阀盖上密封面。
以上各项检验结果以无超出上述标准规定的缺陷范围为合格。
3、结构强度计算
（1）许用应力阀门阀体、阀盖和闸板属于承压零件，但与容器又有不同，这些部件具有开启、关闭和密封功能。鉴于阀门所具有的特殊性，将DL/T5054-1996《火力发电厂汽水管道设计规定》附录A。4常用德国钢材的许用应力表中的数值适当修正，确定阀门承压件的许用应力。
（2）温度2压力基准WB36钢材料为德国首先开发的材料，但无统一的WB36钢阀门的温度2压力表，且德国WB36钢阀门的温度2压力表与中国标准中的温度2压力表基准点不同。经分析KSB、SEM2PELL等国外几家公司WB36材料温度2压力表数据，结合国内低合金钢温度2压力表，经过精确的比较和推算，仿国内温度2压力表编制了《WB36-15NiCuMoNb5-1。6368温度压力基准表》。
（3）强度以核级标准要求对阀体按照第四强度理论设计，对三通部位按德国蒸汽锅炉技术规程TRD-301《承受内压圆筒》进行压力面积法计算，对阀体进行了常温、高温工况应力应变有限元分析。阀座、阀盖、闸板、阀杆等零件参考日本冈野电站阀门技术进行强度分析及计算。
4、焊接工艺及其评定
WB36钢阀门焊接部位有阀体2阀座、阀座密封面、闸板密封面和中腔自密封等。
因WB36钢低碳且加有Cu、Ni、Mo和微量的铌，其强化方式之一是通过铌微合金化使晶粒细化实现，焊接线能量过大将出现晶粒粗化且焊接过渡区软化，导致WB36强度大幅度下降。故WB36钢焊接成为关键技术之一，其焊接质量直接关系到阀门能否长期安全地稳定运行。WB36钢阀门的焊接不仅有连接焊还有密封面堆焊。因此，按ASME规范对WB36钢制定了手工电弧焊、WB36+stellite6堆焊、WB36+A307堆焊等焊接工艺并分别对其进行了焊接工艺评定。
（1）WB36手工电弧焊工艺评定试板规格400mm×140mm×40mm，手工电弧焊工艺评定试板和试样的检测及试验按ASMEIX中W2191.2.2（射线检测）、QW2153.1（拉伸）、QW2163（侧弯）、QW195.2.2（渗透检测）进行。试样各项技术指标均达到标准规定要求的为合格。
WB36手工电弧焊焊接工艺：焊前预热260℃，层间温度150～200℃，采用多层多道焊，中间设有退火焊道。手工电弧焊时，所有焊道的厚度不得超过焊条直径，宽度不得超过焊条直径的4倍，所有焊道的焊接线能量均不得超过20kJ/cm[1]。当焊接过程中断或焊后不能及时做热处理时，立即进行后热处理，后热处理的温度为300℃，保温1h。焊后热处理以不大于150℃/h的速度升温，在（630±10）℃保温，保温时间不小于2h
（2）stellite6堆焊工艺评定WB36钢试板规格130mm×55mm×30mm，堆焊宽度25mm，焊层厚度3mm。其工艺评定试板和试样的检测按ASMEIX节QW195.2.2要求进行渗透检测，试样技术指标达到标准规定要求的为合格，硬度不小于42HRC。
堆焊层合金成分是决定堆焊效果的主要因素，降低稀释率是堆焊工艺的目标之一，手工堆焊时采用多层多焊道，任一焊道的焊接线能量均不得超过20kJ/cm，层间温度控制在150～200℃。采用小电流及适当的焊接速度，以获得小的焊接线能量。焊后热处理以不大于150℃/h的速度升温，在（630±10）℃保温，保温时间不小于2h。
（3）A307堆焊工艺评定WB36钢试板规格为130mm×55mm×30mm，焊接宽度25mm，焊层厚度3mm。其工艺评定试板和试样的检测按ASMEIX节QW195.2.2要求进行渗透检测，试样技术指标达到标准规定要求的为合格。
在WB36钢表面堆焊A307对于阀门中腔自密封处具有防腐功能，尽量降低稀释率是堆焊工艺的要求之一[2]。手工堆焊时采用多层多焊道，所有焊道的焊接线能量均不得超过20kJ/cm，层间温度控制在150～200℃。采用小电流及适当的焊接速度，以获得小的焊接线能量。堆焊后的热处理以不大于150℃/h的速度升温，在（630±10）℃保温，保温时间不小于2h。
对WB36钢工艺试板分别进行渗透检测和宏观检验，试样的各项技术指标均达到标准规定要求的判定为合格。
5、质量控制和检验
为保证超临界火电机组用WB36钢阀门的质量，编制了专门的质量控制程序，提出了从原材料、锻件进厂到成品出厂整个过程的控制要求。内容包括见证项目、见证要求、见证类型、检查百分比、执行标准和记录形式等。
承压件等关键零件的化学成分、金相组织、晶粒度、非金属夹杂物、力学性能、热处理工艺、焊接工艺、超声波检测、磁粉检测、所有零件尺寸检查、零部件清洗、装配、性能试验（性能试验包括壳体试验100%、密封试验100%、动作试验100%）以及防锈涂漆均按照文件见证R或现场见证W方式执行。除此之外，对此订单阀门所采用的其它材料按《进货物资检验规范》进行了相应的检验和验证，在确保完全合格后投入生产制造。
生产制造过程是保证产品质量的关键环节，因此按照质量控制程序要求对各工序实施监控，对重点工序中腔自密封加工、焊接、热处理等相关参数实施不间断跟踪，并填写相应的阀门零件加工质量记录、阀门焊接和热处理记录。
6、阀门性能试验
按照ASMEB16.34标准在相应的阀门性能试验机上对阀门进行壳体强度试验、密封试验、开启与关闭动作性能试验和检验。试验温度为室温，介质为含防腐蚀剂水。
（1）壳体强度试验按照在1.5倍公称压力、3min内肉眼无可见渗漏的试验标准，公称压力为45.0MPa的阀门壳体强度试验压力为67.5MPa，公称压力为50.0MPa的阀门壳体强度试验压力为75.0MPa。
（2）密封试验按1.1倍公称压力、2min内肉眼无可见渗漏的试验标准，计算得到的公称压力45.0MPa阀门的密封试验压力为49.5MPa，公称压力50.0MPa阀门的密封试验压力为55.0MPa。
（3）开启、关闭动作试验按操作平稳、可靠的试验标准进行试验。
四、结论
研制的1000MW超临界火电机组主给水和高压加热器系统用高温高压整体WB36锻钢
闸阀已成功运行，解决了超临界火电机组几大系统中阀门的国产化难题，结束了国外大型阀门企业对该领域的技术垄断和产品垄断。
参考资料
杨宏权，王立辉，孙金光.WB36焊接退火工艺研究[J].锅炉制造，2007，51（3）：51252。
王香云，王文先，李结木.WB36钢焊接工艺性分析及应用[J].机械工程与自动化，2007，26（3）：71276。
