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        熱處理對T91鋼金相組織及顯微硬度的影響

        2014-12-02 04:27:16陳敏娜
        山東工業(yè)技術(shù) 2014年19期
        關(guān)鍵詞:索氏體馬氏體奧氏體

        陳敏娜

        (滄州出入境檢驗檢疫局,河北 滄州 061001)

        一般情況下,電站鍋爐用管在低溫階段可使用碳素鋼,在高溫階段可使用貝氏體型鋼。我國在80年代初的時候,從美國CE公司引進(jìn)了600MW、300MW亞臨界壓力鍋爐的設(shè)計和建造工藝,而且在高溫段開始應(yīng)用T91/P91。當(dāng)前情況下,我國各個電站鍋爐在高溫段使用的材料質(zhì)量參差不齊,比如,主蒸汽管道采用的P22鋼,當(dāng)機(jī)組參數(shù)逐漸提高時,要確保管道可以承受更大的壓力,就要采取措施,加厚主蒸汽管道的壁厚度,但這會給管件帶來較大的溫度梯度應(yīng)力,并且加大了安裝難度。近年來,T9l鋼管材才開始投入到我國電站的應(yīng)用中,所以對其焊接接頭與母材的金相結(jié)構(gòu)以及顯微硬度的了解不夠深入,所以有了加強(qiáng)探索的必要性。本文以熱處理方法為依據(jù),對T91鋼焊接接頭各個部分的受熱況進(jìn)行了簡單模擬,并仔細(xì)分析了其金相組織和顯微硬度,從而總結(jié)出了各個受熱區(qū)域,顯微硬度和金相組織的變化規(guī)律,以供電廠或者電建金屬檢修人員實行現(xiàn)場檢測工作時作為指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。

        1 試驗材料與方法

        1.1 試驗材料

        本次試驗材料樣本選擇取日本生產(chǎn)的T91鋼管,規(guī)格為42mm×5mmT91。CCT(奧氏體連續(xù)冷卻變化曲線圖)如圖所示。T91鋼管的成分組成中,C含量為0.098,S含量為0.004,P含量為0.016,Mn含量為0.44,Cr含量為8.82,Mo含量為0.88,Si含量為0.36。結(jié)合T91鋼管的化學(xué)成分以及CCT可以看出,T91鋼為低碳高臺金鋼,合金總含量大于l0%。正火狀態(tài)下的組織一般是馬氏體組織。

        T91/P9l鋼的奧氏體持續(xù)冷卻變化曲線情況(CCT)

        1.2 試驗方法

        本次熱處理模擬試驗研究選擇在RJX-4-13型高溫電阻爐中實行,試樣占先制備成金相樣品在通過熱處理之后,再使用苦味酸鹽酸酒精溶液來腐蝕,然后利用NEOPHOT-21型金相顯微鏡對金相組觀察分析,并且在HX-1000型顯微硬度計上測算確定顯微硬度。

        并依據(jù)實際焊接接頭部位的形成溫度,并結(jié)合CCT曲線來確定熱處理溫度。不言而喻,在接頭焊接的焊制作業(yè)中,因為熔化的焊絲以及母材金屬構(gòu)成的熔池池溫最高可以達(dá)到1600℃.所以焊縫兩側(cè)的母材金屬會經(jīng)受一次顯著的焊接熱力循環(huán)過程.最后會形成一個由熔臺區(qū)、正火區(qū)、過熱區(qū)以及不完全正火區(qū)共同組成的熱影響區(qū)(HAZ)。當(dāng)熱循環(huán)溫度達(dá)到1200℃時,受到高溫環(huán)境的的不斷影響,組織嚴(yán)重過熱,從而形成過火區(qū);當(dāng)焊接熱循環(huán)溫度比奧氏體(A)完全轉(zhuǎn)變點高出許多時,正火區(qū)在此溫度的影響下,不會導(dǎo)致A晶粒尺寸變得更大;當(dāng)焊接熱循環(huán)溫度比奧氏體(A)完全轉(zhuǎn)變溫度低時,不完全正火區(qū)的少部分組織引起A變化,進(jìn)而造成了原始組織以及部分奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物共存的部分區(qū)域。

        2 分析試驗結(jié)果

        模擬試驗結(jié)束后,對實驗結(jié)果進(jìn)行分析。鋼管材的供貨態(tài)組織為回火索氏體,晶粒大小比較均勻。過熱區(qū)組織因為在進(jìn)行熱處理時,其高溫狀態(tài)的溫度達(dá)到1250℃,從而使奧氏體晶粒發(fā)生很大變化,即生長很快,在冷卻之后形成了位向明顯、晶粒較大的低碳馬氏體,硬度為377HV0.2;過熱區(qū)在高溫回火后,馬氏體板條雖然參與了高溫同火的過程,但是位向仍然存在,不過奧氏體在經(jīng)過分解、轉(zhuǎn)化之后,會變成鐵索體,因而能析出碳化物質(zhì),進(jìn)而成為回火索氏體組織,硬度數(shù)值相對于原先數(shù)值,下降為252HV0.2。正火區(qū)在正火狀態(tài)的組織結(jié)構(gòu),因為正火溫度高達(dá)1050℃,奧氏體雖然發(fā)生了徹底變化,但晶粒生長速度較慢,因此在冷卻后,形成的低碳馬氏體,其晶粒均勻、細(xì)?。欢饏^(qū)在高溫回火后,其細(xì)小、均勻的低碳馬氏體組又會變?yōu)榫鶆?、?xì)小的回火索氏體。依舊保持原來的狀態(tài),從而形成了晶粒大小不均勻的馬氏體+回火索氏體組織;不完全正火區(qū)在高溫回火后,之前發(fā)生相變的馬氏體一般會還原成回火索氏體。

        3 結(jié)論

        (1)簡單模擬T91鋼焊接接頭各個區(qū)域在受熱循環(huán)影響下的具體情況,當(dāng)受熱溫度出現(xiàn)差異時,金相組織的相變程度也會有很大差異。當(dāng)溫度相對于T91鋼的奧氏體變化溫度更高時,熱處理正火狀態(tài)下的相應(yīng)組織都會變?yōu)榈吞捡R氏體,不過經(jīng)高溫同火處理之后,低碳馬氏體便會逐漸分解,從而轉(zhuǎn)變?yōu)殍F索體+碳化物,即回火索氏體組織。

        (2)各個部分的組織特性主要表現(xiàn)為:過熱區(qū)的晶粒相對更粗大,而正火區(qū)的晶粒則微小,而不完全正火區(qū)的晶粒則大小參差不齊。

        (3)焊態(tài)下的正火區(qū)、過熱區(qū)以及不完全正火區(qū)的硬度值,全部超過了ASME規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),即大于等于250HB;在760℃×60min的高溫回火之后,各個區(qū)域的硬度值則會由正火狀態(tài)下>400HV降為能夠滿足ASMESA-213的標(biāo)準(zhǔn)要求。

        [1]王春貴.SA213- T91鋼小徑管焊縫焊后熱處理有效性的試驗研究[J].黑龍江電力,2011(04).

        [2]代小號,歐陽杰,徐雪霞等.T91鋼金相組織異常原因分析及建議[J].河北電力技術(shù).2012(04).

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