李剛 李仕力 陳智 陳釩

摘 要：本文通過(guò)化學(xué)成分、力學(xué)性能和微觀組織分析等試驗(yàn)，對(duì)發(fā)生球化的P22蒸汽管道材質(zhì)組織性能進(jìn)行了分析。P22材質(zhì)在500℃高溫下服役約21年后，其室溫屈服強(qiáng)度仍在338MPa以上，抗拉強(qiáng)度在534MPa以上，520℃高溫拉伸屈服強(qiáng)度仍在200MPa以上，0℃下的夏比沖擊吸收功達(dá)到110J，硬度、微觀組織等均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)DL/T 940—2005《火力發(fā)電廠蒸汽管道壽命評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管道剩余壽命進(jìn)行了二級(jí)評(píng)估。

關(guān)鍵詞：球化；蒸汽管道；P22；組織性能

中圖分類號(hào)：TK22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

某蒸汽管道于1994年建成，在2016年進(jìn)行全面檢驗(yàn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)管道存在中度球化，評(píng)定為3級(jí)。為了全面評(píng)價(jià)該管道的材料服役狀態(tài)，對(duì)管道材料分別進(jìn)行了化學(xué)成分、力學(xué)性能和微觀組織分析等試驗(yàn)，對(duì)材質(zhì)組織性能進(jìn)行分析，并根據(jù)DL/T 940—2005《火力發(fā)電廠蒸汽管道壽命評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管道剩余壽命進(jìn)行評(píng)估。

1 材料和試驗(yàn)

該管道規(guī)格為Φ324×39.2mm，材質(zhì)為P22，實(shí)際使用溫度515℃，實(shí)際使用壓力11.7MPa，設(shè)計(jì)最高溫度553℃，設(shè)計(jì)最高壓力13.73MPa 。依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)管道材料分別進(jìn)行了化學(xué)成分、常溫拉伸、高溫拉伸、硬度和夏比沖擊等力學(xué)性能測(cè)試試驗(yàn)，對(duì)材料微觀組織進(jìn)行了分析。

2 理化性能分析

2.1 化學(xué)成分

根據(jù)GB/T 20123—2006和GB/T 20125—2006對(duì)管道進(jìn)行成分分析，化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)ASTM A335/A335M的要求。

2.2 拉伸性能

沿管道的軸向制取3個(gè)拉伸試樣，根據(jù)GB/T 228.1—2010進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2?？估瓘?qiáng)度最低為534MPa，規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度最低為338MPa，最低伸長(zhǎng)率27.0，均滿足標(biāo)準(zhǔn)ASTM A335/A335M的要求。

沿管道的軸向制取兩個(gè)高溫拉伸試樣，根據(jù)GB/T 228.2—2015進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。P22對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)牌號(hào)為12Cr2MoG，GB 5310—2008中對(duì)12Cr2MoG的高溫拉伸要求為500℃下Rp0.2≥173MPa，550℃下Rp0.2≥159MPa，520℃、530℃下的高溫拉伸性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)GB 5310—2008的要求。

2.3 沖擊性能

根據(jù)GB/T 229—2007，對(duì)母材的沖擊韌性進(jìn)行測(cè)試，以評(píng)價(jià)其斷裂韌性是否滿足要求。由焊縫金屬的夏比沖擊吸收功測(cè)試結(jié)果可知，母材的沖擊韌性較好，在室溫和0℃下的沖擊吸收能量均在120J以上。ASTM A335/A335M對(duì)P22的沖擊性能沒(méi)有具體要求，GB 5310—2008中對(duì)其相似牌號(hào)12Cr2MoG的沖擊要求為縱向≥40J，橫向≥27J，試驗(yàn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 硬度

根據(jù)GB/T 2654—2008進(jìn)行硬度試驗(yàn)，表2為焊接接頭的硬度測(cè)試結(jié)果，在焊縫橫截面的上表面和下表面分別沿著兩條線測(cè)試硬度，測(cè)試位置如圖1所示。焊縫金屬和近縫區(qū)的硬度較高。

3 金相組織

在管段環(huán)焊接頭上制取焊縫橫截面金相試樣，對(duì)金相試樣進(jìn)行觀察分析。焊縫宏觀金相顯示無(wú)裂紋、未熔合、未焊透、氣孔和夾渣等缺陷。

母材的金相組織為貝氏體+少量鐵素體，管道在高溫下服役已經(jīng)發(fā)生了一定程度的組織球化，貝氏體區(qū)域仍然存在，方向性開(kāi)始消失，雖然仍保留原有的區(qū)域形態(tài)，但內(nèi)部的碳化物開(kāi)始往晶界析出，發(fā)生分散球化，球化組織級(jí)別為2級(jí)傾向性球化。

4 壁厚校核

按GB/T9222—2008《水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》計(jì)算管道的理論壁厚，管道的壁厚最小值不低于23.66mm，管道壁厚滿足最小值要求。

5 剩余壽命分析

查閱已有的資料，根據(jù)P22（10CrMo910）L-M曲線，可得管道使用壽命為457088h。管道自1994年9月建成至今已運(yùn)行203670h，則在不考慮其他材料損傷和失效模式的情況下，該管道基于高溫蠕變的剩余壽命為253418h。通過(guò)對(duì)樣管進(jìn)行拉伸、沖擊、硬度和微觀組織等試驗(yàn)，樣管的各項(xiàng)力學(xué)性能仍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，組織球化級(jí)別為2級(jí)傾向性球化，在材質(zhì)損傷老化的基礎(chǔ)上，取經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)為1.8，則剩余壽命為140787h，即16年。

結(jié)語(yǔ)

（1）鋼管的性能檢測(cè)結(jié)果較好。

（2）母材的金相組織為貝氏體+少量鐵素體，管道材料球化組織級(jí)別為2級(jí)傾向性球化。

（3）經(jīng)壁厚核算，在服役工況下管道最小壁厚為23.66mm，樣管壁厚滿足最小壁厚要求。

（4）鋼管材料組織性能良好，未發(fā)生較嚴(yán)重的老化，在目前的工況不變的情況下（包括服役溫度、運(yùn)行壓力等參數(shù)）剩余壽命為16年。由于實(shí)際材料的性能波動(dòng)以及現(xiàn)場(chǎng)服役過(guò)程中各種不確定因素的影響，剩余壽命評(píng)估結(jié)果僅供參考。

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