熱處理對T91鋼金相組織及顯微硬度的影響

陳敏娜

（滄州出入境檢驗檢疫局,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年代初的時候，從美國CE公司引進了600MW、300MW亞臨界壓力鍋爐的設計和建造工藝，而且在高溫段開始應用T91／P91。當前情況下，我國各個電站鍋爐在高溫段使用的材料質量參差不齊，比如，主蒸汽管道采用的P22鋼，當機組參數逐漸提高時，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，但這會給管件帶來較大的溫度梯度應力，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用中，所以對其焊接接頭與母材的金相結構以及顯微硬度的了解不夠深入，所以有了加強探索的必要性。本文以熱處理方法為依據，對T91鋼焊接接頭各個部分的受熱況進行了簡單模擬，并仔細分析了其金相組織和顯微硬度，從而總結出了各個受熱區域，顯微硬度和金相組織的變化規律，以供電廠或者電建金屬檢修人員實行現場檢測工作時作為指導標準。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

本次試驗材料樣本選擇取日本生產的T91鋼管，規格為42mm×5mmT91。CCT(奧氏體連續冷卻變化曲線圖)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。結合T91鋼管的化學成分以及CCT可以看出，T91鋼為低碳高臺金鋼，合金總含量大于l0%。正火狀態下的組織一般是馬氏體組織。

T91／P9l鋼的奧氏體持續冷卻變化曲線情況（CCT）

1.2 試驗方法

本次熱處理模擬試驗研究選擇在RJX-4-13型高溫電阻爐中實行，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型金相顯微鏡對金相組觀察分析，并且在HX-1000型顯微硬度計上測算確定顯微硬度。

并依據實際焊接接頭部位的形成溫度，并結合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中，因為熔化的焊絲以及母材金屬構成的熔池池溫最高可以達到1600℃．所以焊縫兩側的母材金屬會經受一次顯著的焊接熱力循環過程．最后會形成一個由熔臺區、正火區、過熱區以及不完全正火區共同組成的熱影響區(HAZ)。當熱循環溫度達到1200℃時，受到高溫環境的的不斷影響，組織嚴重過熱，從而形成過火區；當焊接熱循環溫度比奧氏體(A)完全轉變點高出許多時，正火區在此溫度的影響下，不會導致A晶粒尺寸變得更大；當焊接熱循環溫度比奧氏體(A)完全轉變溫度低時，不完全正火區的少部分組織引起A變化，進而造成了原始組織以及部分奧氏體轉變產物共存的部分區域。

2 分析試驗結果

模擬試驗結束后，對實驗結果進行分析。鋼管材的供貨態組織為回火索氏體，晶粒大小比較均勻。過熱區組織因為在進行熱處理時，其高溫狀態的溫度達到1250℃，從而使奧氏體晶粒發生很大變化，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，不過奧氏體在經過分解、轉化之后，會變成鐵索體，因而能析出碳化物質，進而成為回火索氏體組織，硬度數值相對于原先數值，下降為252HV0.2。正火區在正火狀態的組織結構，因為正火溫度高達1050℃，奧氏體雖然發生了徹底變化，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、細小；而正火區在高溫回火后，其細小、均勻的低碳馬氏體組又會變為均勻、細小的回火索氏體。依舊保持原來的狀態，從而形成了晶粒大小不均勻的馬氏體+回火索氏體組織；不完全正火區在高溫回火后，之前發生相變的馬氏體一般會還原成回火索氏體。

3 結論

（1）簡單模擬T91鋼焊接接頭各個區域在受熱循環影響下的具體情況，當受熱溫度出現差異時，金相組織的相變程度也會有很大差異。當溫度相對于T91鋼的奧氏體變化溫度更高時，熱處理正火狀態下的相應組織都會變為低碳馬氏體，不過經高溫同火處理之后，低碳馬氏體便會逐漸分解，從而轉變為鐵索體+碳化物，即回火索氏體組織。

（2）各個部分的組織特性主要表現為：過熱區的晶粒相對更粗大，而正火區的晶粒則微小，而不完全正火區的晶粒則大小參差不齊。

（3）焊態下的正火區、過熱區以及不完全正火區的硬度值，全部超過了ASME規定的標準，即大于等于250HB；在760℃×60min的高溫回火之后，各個區域的硬度值則會由正火狀態下＞400HV降為能夠滿足ASMESA-213的標準要求。

[1]王春貴.SA213- T91鋼小徑管焊縫焊后熱處理有效性的試驗研究[J].黑龍江電力,2011(04).

[2]代小號,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.2012(04).