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第5期
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硬度测试在检验T91材料性能中的作用
南光福
(新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院,新乌鲁木齐830000
[摘要]T91为美国研发的合金结构钢钢管牌号,主要用于制造大型发电机机组的过热器、再热器,相当于我国GB5310标准中
的10Cr9Mo1WNb,本文介绍了在缺乏材料金相显徽组织评级标准的情况下,硬度测试可作为该材料性能的辅助评定手段。
[关键词]硬度测试:强度;高温;金相
T91是一种美国研发的合金结构钢钢管牌号
全球化,则其蠕变极限和持久强度会大幅下降,
引入我国后生产时间不长,主要用于大型发电机直接表现为硬度测试值较其原始值的大幅下降
机组的过热器、再热器制造,相当于我国GB5310下面以一起电厂再热器安装施工现场水压试验钢
标准中的10Cr9 MOLVNB材料,其显微组织为回火管弯头发生泄漏事故做一说明。
马氏体或回火索氏体,它是美国在9Cr-1Mo钢基础1电厂安装施工现场抽样情况说明
上添加微量V、Nb,调整Si、Ni和AI添加量后形
成的超9Cr钢,其主要应用在壁温≤650℃的过热
经现场查验,该电厂中温再热器在风压、上水
器、再热器和壁温≤600℃的蒸汽管道、集箱上。
时3个管屏底部夹持管弯头泄漏,弯头两侧中性面
由于其工作环境特殊(高温、高压),发生材质
均存在一条裂纹。该部件弯头用Φ60.3x6的T91管
劣化如珠光体球化、石墨化等的可能性增大,应
制做。制造厂截取一段泄漏的弯头以及与弯头连接
加强对该材料的技术监督,其中硬度测试是一“种
的长lm的直管段进行了全面分析。该T91管为宝钢
行之有效的手段,因为如果材料发生了珠光体完
上海精密钢管公司生产,材料原始质保书和入厂复
验检测数据及样管检测数据如表1、表2所示:
表1T91管化学成分
成分
C
Si
Mn
Ni
质保书0.090
0.4010.01110.0018.240.050.930.20
0.01
入厂复验「0.080.2610.35「0.01610.0098.100.080.880.2010.07010.005」0.045
样管实测值0.080.270.420.0110.008510.070.890.210.0790.06
0.05
0.080.200.30
≤
SA2 13M
≤「8.00≤「0.8510.1810.06
0.121-0.50-0.6010.02010.0101-9.5010.40-1.05-0.25-0.110.04-0.07
表2T91管力学性能
试样部位「ReL(Mpa)「Ram(Mpa)「A50MM(%)
裂缝
质保书
535/540
670/675
24/24
入厂复验
500
SA213w≥45
585
20
A4
样管弯头为弯曲半径R=D(注:D为管子名
义外径)的挤压成型弯头,弯头两对称中性分别
可见一条刚直的裂纹,沿弯头轴向扩展,从外壁
A6
测量裂纹长度分别为65mm和85mm,裂纹贯穿管
壁,截断后观察弯头内壁,发现裂纹沿内壁扩展
的长度比外壁更长一些,可以推断裂纹最初是从
图1取样部位示煮图
内壁起源向外壁扩展,并沿轴向延伸而成。对所
由击曲由画甲看即甲
甲中h唱甲看甲即甲事甲即甲甲甲中甲由中由由由曲量国甲
截取的弯头其取样部位如图示1
作者简介:南光福(1967
男,现任新疆维吾尔自治区特
种设备检验研究院副总工程师
石油与化工设备
36-■技术交流
2010年第13卷
在弯头处截取三个环形试样,编号分别为力和压扁试验,编号分别为A3、A4和A5。试样
A0、A1、A2,试样A0用于观察裂纹尖端形态,A6和A取自远离弯头的直管段(属原始母材),
试样A1用于断口扫描,试样A2用于全截面不同变A6用于金相组织和硬度检测,A7用于拉力试验。
形区的金相组织和硬度检测。在靠近弯头的直管
段(属挤压弯管时的加热区)取样进行硬度、わ2试验数据说明及成因分析
对A2、A3、A6的硬度检測结果见表3
表3试样硬度检结果
试样编号
内弧面
外弧面
中性面
中性面
A2
192192190
192200198
394394394
391397402
388388393383
208213211212
表中的检测结果看,母材(A6)的硬度均匀
在完成挤压成型工序后空冷,T91钢空冷后的组织
且满足标准要求;但弯曲段(A2)的硬度分布差主要为马氏体,具有很大的硬度和脆性,因此必
异很大,内外弧面的硬度值与母材接近,但两中须进行回火,使马氏体相分解而成为回火马氏体
性面的硬度值则高出母材近一倍;接近弯曲段的组织。以上试验结果均表明,该T91弯头回火热处
直管段(A3)硬度分布虽然均匀,但硬度值与试
理控制不当或未进行弯后的回火处理,致使弯头
样A2的中性面接近。
及弯头附近的基体相为高脆性、高硬度的马氏体
拉力试验试样A4和A7的拉力试验结果见表
组织。从弯头的应力分布状况分析,弯头中性面
4,结果显示A4的强度很高,远高于母材强度,试的周向残余应力较高,加之又存在脆而硬的马氏
样A7的断后伸长率不合格。
体组织,遇有外加应力时,会造成多重应力的叠
加,致使弯头开裂。
表4试样拉伸试验数据
3结束语
试样编号ReL(Mpa)Rm(Mba)「A50m(%)
由于T91钢管材料在我国用于制造大型发电机
A4
903/1010930/120
标外
组过热器、再热器的年限不长,对其在制造或安装
A7
565/555
690/69519.0/20.5
S213≥45≥585
20时由于热处理工艺制定和执行不規范或运行时长期
超温而引起的金相显微组织变化尚缺乏评级标准,
试样的金相检验显示:处于裂纹尖端的试样
虽然材料的硬度与强度之间没有建立明确的对应关
A0为马氏体组织,试样A2内外弧面为正常的回
系,材料的高温强度与珠光体球化程度、石墨化程
火马氏体组织,而其中性面为马氏体组织,试样
度之间也缺乏可靠的数量关系,但硬度测试作为
A3的全截面均为马氏体组织,试样A6是正常的
种方便、快捷的测试手段,对于判定材料的劣化倾
回火马氏体组织。对试样A5进行压扁试验,根据
向和劣化程度,作用不容忽视。
SA450M的要求,压扁高度为36mm。压扁试样非
正常开裂,反映出该段管子的脆性较大。对A1试
样的断口进行扫描电镜分析,断口呈块状,脆性◆参考文献
断口。
[]谢道原,张学星电厂中再夹持管弯头轴向开裂原因分析
综合以上试验结果,可得出结论:该T91弯头
[]孙洪涛主编金相检验
经热态弯管后回火热处理控制不良或未进行回火
[3]丁明舫主编,锅炉技术问答
热处理。
收稿日期:2010-03-29
钢管经第一道较大弯曲半径(R=105mm)