论高压锅炉管的热处理改进

葛欣

摘 要:目前我国锅炉公司对高压锅炉管热处理提出较高的要求。在生产实践中,高压锅炉管热处理难度较高,生产过程中经常出现产品批量性能不合格的情况。其主要原因体现在钢管硬度偏高和显微组织不稳定,通过对正火、 回火及冷却对产品重新进行热处理的调整,制定出合理的热处理工艺,有效的提高了锅炉管的性能、质量和产量。

关键词:高压锅炉管热处理改进

中图分类号:TG161 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0098-01

随着高压锅炉向高性能及长寿命方向发展,锅炉行业对高压锅炉提出了更高的要求,质量好、组织、精度高、性能稳定等是用户对高压锅炉管提出的基本要求。由于高压锅炉使用时经常是处于高温高压下的,这样高压锅炉管容易在温烟气和水蒸气的作用下发生氧化和腐蚀。高压锅炉管热处理在产品应该达到的各项性能指标和质量要求称为技术条件,如化学成分、外形尺寸、表面质量、工艺性能等。可以根据用户要求对生产高压锅炉管热处理工艺进行了系列的改进。

1高压锅炉管的技术要求

高压锅炉管使用时经常处于高温和高压条件,高压锅炉管的生产热处理与其他工业产品的生产一样,是按照统一的标准规定进行的,经有关方面协商一致,由主管机构批准,以特定形式发布,作为共同遵守的准则和依据,但对制造钢管所用的钢种有严格的要求。一般高压过锅炉管主要用来制造高压锅炉的过热器管、再热器管、导气管、主蒸汽管等。用于高压锅炉(工作压力一般在9.8MPa以上,工作温度在450～650℃之间)的受热面管子、省煤器、过热器、再热器、石化工业用管等,管子在高温烟气和水蒸气的作用下,会发生氧化和腐蚀,一般锅炉管使用温度在450℃以下,国产管主要用10号、20号碳结钢热轧管或冷拔管制造。要求钢管具有高的持久强度,高的抗氧化腐蚀性能,并有良好的组织稳定性。

2 高压锅炉管的热处理缺陷及控制

2.1 过烧现象

一般情况下是指对高压锅炉管加热过高时,不仅导致引起晶粒粗大,而且晶界局部出现熔化或氧化,导致晶界弱化,称为过烧。钢过烧后性能严重恶化,淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复,只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。

2.2 过热现象

在热处理过程中加热过热最易导致体晶粒的粗大,使零件的机械性能下降。(1)加热温度过高或在高温下保温时间过长,引起晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低,脆性转变温度升高,增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料(常为不懂工艺发生的)。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后,在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。(2)断口遗传:有过热组织的钢材,重新加热淬火后,虽能使晶粒细化,但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多,一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口,而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出,受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。(3)粗大组织的遗传:有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时,以慢速加热到常规的淬火温度,甚至再低一些,其奥氏体晶粒仍然是粗大的,这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性,可采用中间退火或多次高温回火处理。

2.3 脱碳和氧化

钢在加热时,表层的碳与介质(或气氛)中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应,降低了表层碳浓度称为脱碳,脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低,而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。加热时,钢表层的铁及合金与元素与介质(或气氛)中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温(一般570℃以上)工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化,具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。为了防止氧化和减少脱碳的措施有:工件表面涂料,用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热(如净化后的惰性气体、控制炉内碳势)、火焰燃烧炉(使炉气呈还原性)

2.4 氢脆现象

高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理(如回火、时效等)也能消除氢脆,采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。

3 高压锅炉管热处理改进

3.1 高压锅炉管正火改进

在热处理正火时如果高压锅炉管不合格会导致钢管表面质量差、质量等级低。例如12Cr1MoVG的原正火温度为980℃～1020℃,保温。而在热处理过程中,利用煤气作为燃气要达到高温,必须利用空气与煤气配比为1.2∶1.4,而高温下处理的钢管在空气中进一步氧化,导致钢管经正火后表面氧化铁皮十分严重。应对原正火进行适当改进,改进后的正火工艺为980～1000加热,30min保温,880～900出炉空冷。

3.2 高压锅炉管热处理回火改进

高压锅炉管热处理规格以原热处理回火工艺温度范围偏大不利于规范员工操作和提高性能稳定性。为此根据热处理炉温度控制能力,在不改变回火温度的条件下采用多种不同工艺时间进行试验和性能测试,但冷却速度也不能过慢,以避免导致使晶粒粗大,塑性降低,对于退火难以软化的某些合金钢,在正火后常采用高温回火,重结晶退火之后,应采用回火,使其组织进一步均匀,降低硬度,使钢中碳化物适当聚集,降低脆性,消除或减少内应力,使钢管中的不良组织分解,最终得到比较理想的符合要求的力学性能以及金相组织。改善了钢管表面质量,由于省去了酸洗和修磨处理生产工序,降低了生产成本

4 结语

通过高压锅炉用钢管的热处理进行研究与分析,找到了比较合理的能满足用户采购要求的热处理制度。以科学、技术和实践经验的综合成果为基础,切实提高高压锅炉管的质量,满足高压锅炉制造与设计的需求,更多的赢得市场份额,生产中进行集中热处理,并且设专人管理、操作、调试,其钢管热处理的合格率将大幅度提高。

参考文献

[1] 王海兵,黄学科,黄国玖,等.高压锅炉管钢的质量控制[J].四川冶金,2009(6):67-72.

[2] 彭艳杰,余新泉,陈锋,等.热处理对冷拔异型钢管(JD500)组织和性能的影响[J].热加工工艺,2010(4):72-75.