摘 要:采用金相检验、硬度测试、力学性能测试和矫顽力测量等方法研究了12Cr1MoVG 钢的 材料球化与矫顽力、服役时间之间的关系。结果表明:通 过 测 量 矫 顽 力 可 以 无 损、快 捷 地 预 测 12Cr1MoVG 钢管在服役条件下的球化组织特征及服役时间。该测量结果可为相关单位开展割管 处理和寿命评估,预防材料球化失效工作提供借鉴。
关键词:矫顽力;12Cr1MoVG 钢;球化级别;寿命评估
中图分类号:TG142 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)06-0034-04
12Cr1MoVG 钢具有较高的持久强度和持久塑 性、良好的抗氧化性、无热脆倾向、生产工艺简单、较 好的焊接性能等特点,主要应用于电站锅炉等高温 零部件中,如蒸汽温度不超过540 ℃的锅炉集箱和 蒸汽管道,金属外壁温度不超过580℃的过热器、再 热器 及 部 分 铸 锻 件[1-3]。 根 据 GB/T 5310—2017 《高压锅炉用无缝钢管》,12Cr1MoVG 钢的正常供 货状态一般为正火+回火或淬火+回火,其正常组 织为铁素体+珠光体,铁素体+贝氏体,或铁素体+ 珠光体+贝氏体,在温度为500~580 ℃的长期运 行过程中,组织中的珠光体/贝氏体将发生球化现 象,即珠光体/贝氏体中的渗碳体(碳化物)的形态逐 渐转变为粒状碳化物。随着合金元素在固溶体和碳 化 物 间 的 再 分 配 及 碳 化 物 相 结 构 的 改 变, 12Cr1MoVG 钢的热强性和力学性能随着珠光体球 化程度和固溶体中合金元素贫化程度的增加而逐渐 降低,以致材料逐渐劣化甚至失效[4]。
根据 DL/T438—2016 《火力发电厂金属技术 监督规程》,12Cr1MoVG 钢 的 珠 光 体 球 化 级 别 达 到5级时,应 对 过 热 器 和 再 热 器 管 进 行 材 料 评 定 和寿命评估,然 而 现 阶 段 并 没 有 完 善 的 方 法 能 够 无损评估管 道 球 化 状 态 及 预 测 剩 余 寿 命,通 常 采 用割管检验 的 方 法 进 行 氧 化 皮 厚 度 测 量,从 而 推 导出当量 温 度 与 进 行 寿 命 评 估[5],割 管 检 验 的 长 周期严重影响了电厂的发电效率。基于磁滞行为 的矫顽力测 量 对 材 料 显 微 组 织 演 变、材 料 损 伤 与 应力等具有 高 度 敏 感 性,矫 顽 力 是 材 料 磁 滞 特 征 参数之一。针对12Cr1MoVG 无缝钢管,笔者采用 矫顽力对钢 管 进 行 分 析,结 合 金 相 检 验 和 力 学 性 能测试等方法,研究了材料球化与矫顽力、服役时间 之 间 的 关 系,得 到 通 过 矫 顽 力 测 量 预 测 12Cr1MoVG 钢管在 服 役 条 件 下 的 球 化 组 织 特 征 及服役时间。
1 试验方法与结果
1.1 试验对象与试验设备
试验对象为某电厂12Cr1MoVG 钢割管分析试 样,经过化学成分分析,得到试样材料中铬元素的质 量分数 为 0.9% ~1.2%,钼 元 素 的 质 量 分 数 为 0.25%~0.35%,钒 元 素 的 质 量 分 数 为 0.15% ~ 0.30%,管子规格为51mm×10mm(外径×壁厚), 12Cr1MoVG 钢管试样宏观形貌如图1所示。试验 设 备 为 Axiovert 200MAT 型 光 学 显 微 镜、 Durascan-70型 维 氏 硬 度 计、MC-WF-04 型 磁 滞 无 损评估设备。
