論高壓鍋爐管的熱處理改進(jìn)

葛欣

摘 要:目前我國(guó)鍋爐公司對(duì)高壓鍋爐管熱處理提出較高的要求。在生產(chǎn)實(shí)踐中,高壓鍋爐管熱處理難度較高,生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品批量性能不合格的情況。其主要原因體現(xiàn)在鋼管硬度偏高和顯微組織不穩(wěn)定,通過(guò)對(duì)正火、 回火及冷卻對(duì)產(chǎn)品重新進(jìn)行熱處理的調(diào)整,制定出合理的熱處理工藝,有效的提高了鍋爐管的性能、質(zhì)量和產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞:高壓鍋爐管熱處理改進(jìn)

中圖分類號(hào):TG161 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)07(c)-0098-01

隨著高壓鍋爐向高性能及長(zhǎng)壽命方向發(fā)展,鍋爐行業(yè)對(duì)高壓鍋爐提出了更高的要求,質(zhì)量好、組織、精度高、性能穩(wěn)定等是用戶對(duì)高壓鍋爐管提出的基本要求。由于高壓鍋爐使用時(shí)經(jīng)常是處于高溫高壓下的,這樣高壓鍋爐管容易在溫?zé)煔夂退魵獾淖饔孟掳l(fā)生氧化和腐蝕。高壓鍋爐管熱處理在產(chǎn)品應(yīng)該達(dá)到的各項(xiàng)性能指標(biāo)和質(zhì)量要求稱為技術(shù)條件,如化學(xué)成分、外形尺寸、表面質(zhì)量、工藝性能等?？梢愿鶕?jù)用戶要求對(duì)生產(chǎn)高壓鍋爐管熱處理工藝進(jìn)行了系列的改進(jìn)。

1高壓鍋爐管的技術(shù)要求

高壓鍋爐管使用時(shí)經(jīng)常處于高溫和高壓條件,高壓鍋爐管的生產(chǎn)熱處理與其他工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)一樣,是按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行的,經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商一致,由主管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn),以特定形式發(fā)布,作為共同遵守的準(zhǔn)則和依據(jù),但對(duì)制造鋼管所用的鋼種有嚴(yán)格的要求。一般高壓過(guò)鍋爐管主要用來(lái)制造高壓鍋爐的過(guò)熱器管、再熱器管、導(dǎo)氣管、主蒸汽管等。用于高壓鍋爐(工作壓力一般在9.8MPa以上,工作溫度在450～650℃之間)的受熱面管子、省煤器、過(guò)熱器、再熱器、石化工業(yè)用管等,管子在高溫?zé)煔夂退魵獾淖饔孟?會(huì)發(fā)生氧化和腐蝕,一般鍋爐管使用溫度在450℃以下,國(guó)產(chǎn)管主要用10號(hào)、20號(hào)碳結(jié)鋼熱軋管或冷拔管制造。要求鋼管具有高的持久強(qiáng)度,高的抗氧化腐蝕性能,并有良好的組織穩(wěn)定性。

2 高壓鍋爐管的熱處理缺陷及控制

2.1 過(guò)燒現(xiàn)象

一般情況下是指對(duì)高壓鍋爐管加熱過(guò)高時(shí),不僅導(dǎo)致引起晶粒粗大,而且晶界局部出現(xiàn)熔化或氧化,導(dǎo)致晶界弱化,稱為過(guò)燒。鋼過(guò)燒后性能嚴(yán)重惡化,淬火時(shí)形成龜裂。過(guò)燒組織無(wú)法恢復(fù),只能報(bào)廢。因此在工作中要避免過(guò)燒的發(fā)生。

2.2 過(guò)熱現(xiàn)象

在熱處理過(guò)程中加熱過(guò)熱最易導(dǎo)致體晶粒的粗大,使零件的機(jī)械性能下降。(1)加熱溫度過(guò)高或在高溫下保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng),引起晶粒粗化稱為過(guò)熱。粗大的奧氏體晶粒會(huì)導(dǎo)致鋼的強(qiáng)韌性降低,脆性轉(zhuǎn)變溫度升高,增加淬火時(shí)的變形開(kāi)裂傾向。而導(dǎo)致過(guò)熱的原因是爐溫儀表失控或混料(常為不懂工藝發(fā)生的)。過(guò)熱組織可經(jīng)退火、正火或多次高溫回火后,在正常情況下重新奧氏化使晶粒細(xì)化。(2)斷口遺傳:有過(guò)熱組織的鋼材,重新加熱淬火后,雖能使晶粒細(xì)化,但有時(shí)仍出現(xiàn)粗大顆粒狀斷口。產(chǎn)生斷口遺傳的理論爭(zhēng)議較多,一般認(rèn)為曾因加熱溫度過(guò)高而使MnS之類的雜物溶入奧氏體并富集于晶接口,而冷卻時(shí)這些夾雜物又會(huì)沿晶接口析出,受沖擊時(shí)易沿粗大奧氏體晶界斷裂。(3)粗大組織的遺傳:有粗大馬氏體、貝氏體、魏氏體組織的鋼件重新奧氏化時(shí),以慢速加熱到常規(guī)的淬火溫度,甚至再低一些,其奧氏體晶粒仍然是粗大的,這種現(xiàn)象稱為組織遺傳性。要消除粗大組織的遺傳性,可采用中間退火或多次高溫回火處理。

2.3 脫碳和氧化

鋼在加熱時(shí),表層的碳與介質(zhì)(或氣氛)中的氧、氫、二氧化碳及水蒸氣等發(fā)生反應(yīng),降低了表層碳濃度稱為脫碳,脫碳鋼淬火后表面硬度、疲勞強(qiáng)度及耐磨性降低,而且表面形成殘余拉應(yīng)力易形成表面網(wǎng)狀裂紋。加熱時(shí),鋼表層的鐵及合金與元素與介質(zhì)(或氣氛)中的氧、二氧化碳、水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)生成氧化物膜的現(xiàn)象稱為氧化。高溫(一般570℃以上)工件氧化后尺寸精度和表面光亮度惡化,具有氧化膜的淬透性差的鋼件易出現(xiàn)淬火軟點(diǎn)。為了防止氧化和減少脫碳的措施有:工件表面涂料,用不銹鋼箔包裝密封加熱、采用鹽浴爐加熱、采用保護(hù)氣氛加熱(如凈化后的惰性氣體、控制爐內(nèi)碳勢(shì))、火焰燃燒爐(使?fàn)t氣呈還原性)

2.4 氫脆現(xiàn)象

高強(qiáng)度鋼在富氫氣氛中加熱時(shí)出現(xiàn)塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為氫脆。出現(xiàn)氫脆的工件通過(guò)除氫處理(如回火、時(shí)效等)也能消除氫脆,采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。

3 高壓鍋爐管熱處理改進(jìn)

3.1 高壓鍋爐管正火改進(jìn)

在熱處理正火時(shí)如果高壓鍋爐管不合格會(huì)導(dǎo)致鋼管表面質(zhì)量差、質(zhì)量等級(jí)低。例如12Cr1MoVG的原正火溫度為980℃～1020℃,保溫。而在熱處理過(guò)程中,利用煤氣作為燃?xì)庖_(dá)到高溫,必須利用空氣與煤氣配比為1.2∶1.4,而高溫下處理的鋼管在空氣中進(jìn)一步氧化,導(dǎo)致鋼管經(jīng)正火后表面氧化鐵皮十分嚴(yán)重。應(yīng)對(duì)原正火進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn),改進(jìn)后的正火工藝為980～1000加熱,30min保溫,880～900出爐空冷。

3.2 高壓鍋爐管熱處理回火改進(jìn)

高壓鍋爐管熱處理規(guī)格以原熱處理回火工藝溫度范圍偏大不利于規(guī)范員工操作和提高性能穩(wěn)定性。為此根據(jù)熱處理爐溫度控制能力,在不改變回火溫度的條件下采用多種不同工藝時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)和性能測(cè)試,但冷卻速度也不能過(guò)慢,以避免導(dǎo)致使晶粒粗大,塑性降低,對(duì)于退火難以軟化的某些合金鋼,在正火后常采用高溫回火,重結(jié)晶退火之后,應(yīng)采用回火,使其組織進(jìn)一步均勻,降低硬度,使鋼中碳化物適當(dāng)聚集,降低脆性,消除或減少內(nèi)應(yīng)力,使鋼管中的不良組織分解,最終得到比較理想的符合要求的力學(xué)性能以及金相組織。改善了鋼管表面質(zhì)量,由于省去了酸洗和修磨處理生產(chǎn)工序,降低了生產(chǎn)成本

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高壓鍋爐用鋼管的熱處理進(jìn)行研究與分析,找到了比較合理的能滿足用戶采購(gòu)要求的熱處理制度。以科學(xué)、技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的綜合成果為基礎(chǔ),切實(shí)提高高壓鍋爐管的質(zhì)量,滿足高壓鍋爐制造與設(shè)計(jì)的需求,更多的贏得市場(chǎng)份額,生產(chǎn)中進(jìn)行集中熱處理,并且設(shè)專人管理、操作、調(diào)試,其鋼管熱處理的合格率將大幅度提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 王海兵,黃學(xué)科,黃國(guó)玖,等.高壓鍋爐管鋼的質(zhì)量控制[J].四川冶金,2009(6):67-72.

[2] 彭艷杰,余新泉,陳鋒,等.熱處理對(duì)冷拔異型鋼管(JD500)組織和性能的影響[J].熱加工工藝,2010(4):72-75.