熱校工藝對12Cr1MoVG鋼管組織影響分析

董自謙,孫嘉欣

(哈爾濱鍋爐廠有限責任公司,哈爾濱150046)

0 引 言

12Cr1MoVG材質鋼管作為換熱管在鍋爐和石化容器設備中應用較多,對其使用壽命和可靠性均有較高的要求[1]。在制造過程中鋼管會出現變形或受工藝裝備的限制,不可避免地需要使用火焰加熱熱校正方式對鋼管進行校正或彎曲[2]。熱校正工藝一般是進行局部的火焰加熱,加熱溫度控制在金屬Ac1(774 ℃)以下。對不同加熱溫度和加熱方式對鋼管的金相組織影響進行試驗分析,為后續熱校工藝的制定提供參考。

1 樣品信息

為驗證火焰加熱熱校正試驗控制溫度的重要性,選取12Cr1MoVG材質鋼管直管段,長度約550 mm,規格為φ31.8×6.2 mm,在該鋼管的不同位置分別進行660 ℃和740 ℃兩種溫度下的模擬熱校正試驗。

加熱方式:1、火焰槍沿管子外徑環向均勻加熱,測溫方式為紅外測溫儀測量管子外表面溫度。2、利用試驗室箱式爐進行加熱。

樣管熱校試驗后,分別在未加熱、火焰加熱和箱式爐模擬加熱進行取樣,樣管如圖1所示。

圖1 試驗樣管

箱式爐熱校正模擬試驗基本信息見表1。

表1 箱式爐熱校模擬試驗基本信息

2 試驗分析

分析所用的試驗方法和設備見表2。

表2 試驗方法與設備

2.1 化學成分分析

對1號試樣進行化學成分分析,檢測結果均符合GB/T 5310—2017《高壓鍋爐用無縫鋼管標準》對12Cr1MoVG材質的要求[2-3],試驗結果(質量分數)見表3。

表3 化學成分分析結果

2.2 硬度檢測

對樣管的各位置試樣及試驗室模擬試樣進行布氏硬度檢測,檢測結果符合GB/T 5310—2017標準對12Cr1MoVG材質的要求,試驗結果見表4。

表4 布氏硬度檢測結果

2.3 金相分析

對試樣進行磨制拋光，用4%硝酸-酒精溶液對試樣進行浸蝕后利用金相顯微鏡進行觀察[4]。1號試樣觀察金相組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，晶粒度7.5級[5]，滿足GB/T 5310—2017標準對12Cr1MoVG材質的要求，金相組織如圖2所示。

圖2 1號試樣金相組織

2號試樣觀察發現其組織中的珠光體已開始分解,組織中存在少量的黃塊馬氏體,晶粒度7.5級,其金相組織已不滿足GB/T 5310—2017標準對12Cr1MoVG材質的要求,金相組織如圖3所示。

圖3 2號試樣金相組織

5號試樣觀察金相組織為鐵素體+珠光體+貝氏體,晶粒度7.5級,與對比樣品相比組織未見明顯變化,滿足GB/T 5310—2017標準對12Cr1MoVG材質的要求,金相組織如圖4所示。

圖4 5號試樣金相組織

觀察3號試樣金相組織,組織中的珠光體已分解,組織中出現大量的黃塊馬氏體,晶粒度8級,其金相組織已不滿足GB/T 5310—2017標準對12Cr1MoVG材質的要求,金相組織如圖5所示。

圖5 3號試樣金相組織

6號試樣觀察金相組織組織為鐵素體+珠光體+貝氏體,晶粒度7.5級,滿足GB/T 5310—2017標準對12Cr1MoVG材質的要求。與對比樣品相比其金相組織中珠光體發生輕微球化,根據DL/T 773—2016《火電廠用12Cr1MoV鋼球化評級標準》評級,其球化等級為2級(輕度球化),金相組織如圖6所示。金相檢驗結果匯總見表5。

表5 金相檢驗結果匯總

圖6 6號試樣金相組織

3 綜合分析

3.1 鋼管試樣結果分析

通過對12Cr1MoVG樣品未加熱位置進行理化檢測分析,樣管的化學成分、金相組織、晶粒度、布氏硬度值均符合GB/T 5310—2017標準對12Cr1MoVG材質的要求。

3.2 火焰加熱熱校試樣結果分析

通過對現場火焰模擬熱校樣品的金相檢驗發現,現場模擬660 ℃和740 ℃熱校試驗的樣品金相組織中均出現了標準中不允許的Ac1～Ac3溫度之間不完全相變產物[6]。其中740℃模擬樣品中黃塊組織數量更多。12Cr1MoVG材質的Ac1溫度為774～805 ℃,Ac3溫度為882～923 ℃,根據樣品金相組織及該材質相變溫度推斷,在進行兩種溫度下的模擬熱校試驗時鋼管的實際溫度均已超過800 ℃[7]。

3.3 電阻爐式加熱熱校試樣結果分析

試驗室箱式電阻爐加熱模擬試驗保溫時間為15 min,遠大于現場一般熱校的加熱時間,660 ℃和740 ℃熱校試驗的樣品金相組織均未見明顯變化,僅740 ℃模擬樣品出現輕微的球化現象[8]。

3.4 現場實際工況分析

由于現場進行火焰熱校試驗時采用的是紅外測溫儀進行測溫,測量者將測量溫度反饋給熱校操作者從而調節加熱強度。測溫儀所測溫度為鋼管外表面溫度,且需要火焰離開鋼管表面后才能進行溫度測量。當火焰離開時,鋼管外表面溫度會在數秒內急劇下降,當外表面測量溫度達到660 ℃甚至740 ℃時,鋼管所達到的實際溫度已遠高于試驗設定溫度。

4 結 語

綜上所述,采用火焰加熱熱校方式溫度控制和測量存在難度,對12Cr1MoVG鋼管的金相組織有不良影響,金相組織中出現了Ac1～Ac3溫度之間不完全相變產物。試驗室箱式電阻爐加熱方式對12Cr1MoVG鋼管的金相組織無不良影響。

在制定12Cr1MoVG鋼管熱校工藝時加熱溫度控制在相變溫度以下,應盡量選用可控的加熱方式,當選用火焰加熱方式時,應嚴格控制好溫度上限,以免對鋼管金相組織產生不良影響。