660MW機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鋼母材質組織和性能異常的原因，并制定了相應的防范措施。P92/T92鋼目前已經廣泛使用超超臨界火力發電機組的鍋爐高溫管道及汽輪機關鍵部件等高參數電站系統，該鋼可以在580℃～625℃之間使用，在實際生產中充分體現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會導致組織的異常和性能的下降，對其安全穩定長期運行埋下安全隱患。

【關鍵詞】：P92；T92；熱處理；硬度；金相組織；

1 前言

目前火電建設主要發展高效率、低污染的超超臨界（USC）機組，隨著發電機組規模的增大，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鋼為馬氏體熱強鋼，其熱處理工藝要求非常嚴格，不正常的熱處理工藝會導致其組織和性能的下降。

許昌龍崗發電有限責任公司#4機組為660MW超超臨界燃煤機組，于2010年12月份投入商業運營，2010年11月機組檢修期間對機側主蒸汽疏水管道硬度檢查時，發現主蒸汽B側疏水氣動門與手動門之間管段，材質為P92，規格為Ф76mm×16mm，母材硬度異常，相鄰區域硬度差異較大，管子略有彎曲且表面略顯烏黑。

2 理化分析

將主蒸汽B側疏水氣動門與手動門之間管段（兩側閥門對接焊口為界）約360mm割下，共取11個硬度測試點，測得數據硬度分布為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進行了檢測。結果見表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鋼經正火+回火熱處理后，供貨態正常組織為典型的板條狀馬氏體結構，板條狀馬氏體內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，使得其結構獨特。（見圖3-1）

按照DL/T 438-2009《火力發電廠金屬技術監督規程》P92材料母材硬度應控制在180HB～250HB，所檢驗的段多個區域硬度均超出標準要求。

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

因此導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，從而引起材料組織出現相變和再結晶現象，組織的變化使得材料的硬度也出現異常，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。對兩側對接焊口存在水平偏差且跨度較小的的安裝區域，盡可能減小和消除偏差和延長對接跨度后進行施焊。

4.2 對已經投產的機組，重點關注P92/T92材質的類似安裝區域，觀察外觀（表面狀況、彎曲）及硬度檢驗，以硬度檢驗結果判斷是否異常。

4.3 對已檢查出外觀及硬度異常的P92材質的疏水管，若硬度普遍偏高且每組硬度值均勻，應進行金相組織分析，若組織無異常可以考慮按DL/T438-2009《火力發電廠金屬技術監督規程》和DL/T819《火力發電廠焊接熱處理技術規程》中的相關規定重新進行熱處理，建議進行正火+回火處理，若硬度偏低或或每組硬度值偏差較大，應進行更換處理。

5 結語

經過分析，我們認為不正常的加熱工藝導致了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，將會給機組的安全運行帶來很大隱患，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生爆破事故。

【參考文獻】

[1] 李益民，范長信，楊百勛，等.DL/T438-2009火力發電廠金屬技術監督規程[M]，北京：中國電力出版社，2009，28