660MW機(jī)組主蒸汽疏水管道母材硬度異常分析

李海濤

【摘 要】：本文分析了P92/T92鋼母材質(zhì)組織和性能異常的原因，并制定了相應(yīng)的防范措施。P92/T92鋼目前已經(jīng)廣泛使用超超臨界火力發(fā)電機(jī)組的鍋爐高溫管道及汽輪機(jī)關(guān)鍵部件等高參數(shù)電站系統(tǒng)，該鋼可以在580℃～625℃之間使用，在實(shí)際生產(chǎn)中充分體現(xiàn)出良好的抗蠕變性能和抗高溫氧化性能，但是安裝期間的熱處理工藝不當(dāng)會導(dǎo)致組織的異常和性能的下降，對其安全穩(wěn)定長期運(yùn)行埋下安全隱患。

【關(guān)鍵詞】：P92；T92；熱處理；硬度；金相組織；

1 前言

目前火電建設(shè)主要發(fā)展高效率、低污染的超超臨界（USC）機(jī)組，隨著發(fā)電機(jī)組規(guī)模的增大，電站所用鋼材等級提高、鋼種增加，合金元素的種類和含量不斷增加，為了充分發(fā)揮出這些鋼種良好的抗蠕變性能和抗高溫氧化性能，對這些高合金耐熱剛安裝時的焊接熱處理提出了更高的要求。P92/T92鋼為馬氏體熱強(qiáng)鋼，其熱處理工藝要求非常嚴(yán)格，不正常的熱處理工藝會導(dǎo)致其組織和性能的下降。

許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司#4機(jī)組為660MW超超臨界燃煤機(jī)組，于2010年12月份投入商業(yè)運(yùn)營，2010年11月機(jī)組檢修期間對機(jī)側(cè)主蒸汽疏水管道硬度檢查時，發(fā)現(xiàn)主蒸汽B側(cè)疏水氣動門與手動門之間管段，材質(zhì)為P92，規(guī)格為Ф76mm×16mm，母材硬度異常，相鄰區(qū)域硬度差異較大，管子略有彎曲且表面略顯烏黑。

2 理化分析

將主蒸汽B側(cè)疏水氣動門與手動門之間管段（兩側(cè)閥門對接焊口為界）約360mm割下，共取11個硬度測試點(diǎn)，測得數(shù)據(jù)硬度分布為165HB、133HB、189HB、215HB、325HB（做金相后所測硬度為359HB）、202HB、165HB、167HB、136HB、183HB、200HB。

使用X-Met3000TX手持式光譜儀對問題主蒸汽疏水管的材質(zhì)進(jìn)行了檢測。結(jié)果見表2-1：

對硬度最高處為325HB及硬度最低處136HB兩個位置進(jìn)行金相微觀檢查。硬度為136HB處金相組織異常，硬度為325HB處金相組織異常，金相組織為馬氏體（見圖2-2）。

3 原因分析

P92/T92鋼經(jīng)正火+回火熱處理后，供貨態(tài)正常組織為典型的板條狀馬氏體結(jié)構(gòu)，板條狀馬氏體內(nèi)部同時伴隨著有高密度的位錯，此外，板條狀馬氏體又是在正火后的原始奧氏體晶界行成，使得其結(jié)構(gòu)獨(dú)特。（見圖3-1）

按照DL/T 438-2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》P92材料母材硬度應(yīng)控制在180HB～250HB，所檢驗(yàn)的段多個區(qū)域硬度均超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

所檢驗(yàn)管段的硬度異常處金相組織都異常。從管子的表面狀態(tài)、管子彎曲現(xiàn)象及金相組織的變化表明，安裝時此管段兩側(cè)閥門水平錯位，為便于施焊，對管子進(jìn)行了火焰加熱，以致造成管子局部區(qū)域加熱溫度超過或接近管材的Ac1的相變點(diǎn)（P92相變點(diǎn)為840℃）。當(dāng)管子局部區(qū)域加熱溫度超過材料的相變點(diǎn)時，此區(qū)域材料組織會發(fā)生相變。因加熱超溫的時間較短，超溫區(qū)域的組織未完全奧氏體化，冷卻時產(chǎn)生了不完全淬火，形成了淬火馬氏體，致使超溫區(qū)域硬度高、金相組織不合格。當(dāng)管子局部區(qū)域加熱溫度接近材料的相變點(diǎn)時，此區(qū)域材料組織會發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象，組織發(fā)生變化，原回火索氏體形貌消失，致使該區(qū)域硬度低、金相組織不合格。

因此導(dǎo)致疏水管硬度異常的原因是：管子安裝前異常受熱且受熱不均，超過或接近材料的相變點(diǎn)，從而引起材料組織出現(xiàn)相變和再結(jié)晶現(xiàn)象，組織的變化使得材料的硬度也出現(xiàn)異常，從而材料的性能劣化，壽命縮短。

4 防范措施

4.1 P92/T92管子在安裝過程中，嚴(yán)禁采用火焰加熱，必須采用火焰加熱時，其加熱溫度不能超過P91/P92鋼的回火溫度。對兩側(cè)對接焊口存在水平偏差且跨度較小的的安裝區(qū)域，盡可能減小和消除偏差和延長對接跨度后進(jìn)行施焊。

4.2 對已經(jīng)投產(chǎn)的機(jī)組，重點(diǎn)關(guān)注P92/T92材質(zhì)的類似安裝區(qū)域，觀察外觀（表面狀況、彎曲）及硬度檢驗(yàn)，以硬度檢驗(yàn)結(jié)果判斷是否異常。

4.3 對已檢查出外觀及硬度異常的P92材質(zhì)的疏水管，若硬度普遍偏高且每組硬度值均勻，應(yīng)進(jìn)行金相組織分析，若組織無異?？梢钥紤]按DL/T438-2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》和DL/T819《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定重新進(jìn)行熱處理，建議進(jìn)行正火+回火處理，若硬度偏低或或每組硬度值偏差較大，應(yīng)進(jìn)行更換處理。

5 結(jié)語

經(jīng)過分析，我們認(rèn)為不正常的加熱工藝導(dǎo)致了P92/T92管子母材的組織和性能的異常，如不及時處理并采取防范措施，將會給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來很大隱患，特別是疏、放水管本身存在兩相流的沖刷，在管材本身性能下降的前提下更易發(fā)生爆破事故。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 李益民，范長信，楊百勛，等.DL/T438-2009火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程[M]，北京：中國電力出版社，2009，28