熱處理對(duì)T91鋼金相組織及顯微硬度的影響

陳敏娜

（滄州出入境檢驗(yàn)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(shí)候，從美國CE公司引進(jìn)了600MW、300MW亞臨界壓力鍋爐的設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)，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(huì)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(duì)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(duì)T91鋼焊接接頭各個(gè)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(gè)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(shí)行現(xiàn)場檢測工作時(shí)作為指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)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(tái)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(yàn)方法

本次熱處理模擬試驗(yàn)研究選擇在RJX-4-13型高溫電阻爐中實(shí)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(duì)金相組觀察分析，并且在HX-1000型顯微硬度計(jì)上測算確定顯微硬度。

并依據(jù)實(shí)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?yàn)槿刍暮附z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(huì)經(jīng)受一次顯著的焊接熱力循環(huán)過程．最后會(huì)形成一個(gè)由熔臺(tái)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(shí)，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(diǎn)高出許多時(shí)，正火區(qū)在此溫度的影響下，不會(huì)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(shí)，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(yàn)結(jié)果

模擬試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)實(shí)驗(yàn)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?yàn)樵谶M(jìn)行熱處理時(shí)，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(huì)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(duì)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?yàn)檎饻囟雀哌_(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)小；而正火區(qū)在高溫回火后，其細(xì)小、均勻的低碳馬氏體組又會(huì)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(huì)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(gè)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(shí)，金相組織的相變程度也會(huì)有很大差異。當(dāng)溫度相對(duì)于T91鋼的奧氏體變化溫度更高時(shí)，熱處理正火狀態(tài)下的相應(yīng)組織都會(huì)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(huì)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(gè)部分的組織特性主要表現(xiàn)為：過熱區(qū)的晶粒相對(duì)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(gè)區(qū)域的硬度值則會(huì)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(yàn)研究[J].黑龍江電力,2011(04).

[2]代小號(hào),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).