热校工艺对12Cr1MoVG钢管组织影响分析

董自谦,孙嘉欣

(哈尔滨锅炉厂有限责任公司,哈尔滨150046)

0 引 言

12Cr1MoVG材质钢管作为换热管在锅炉和石化容器设备中应用较多,对其使用寿命和可靠性均有较高的要求[1]。在制造过程中钢管会出现变形或受工艺装备的限制,不可避免地需要使用火焰加热热校正方式对钢管进行校正或弯曲[2]。热校正工艺一般是进行局部的火焰加热,加热温度控制在金属Ac1(774 ℃)以下。对不同加热温度和加热方式对钢管的金相组织影响进行试验分析,为后续热校工艺的制定提供参考。

1 样品信息

为验证火焰加热热校正试验控制温度的重要性,选取12Cr1MoVG材质钢管直管段,长度约550 mm,规格为φ31.8×6.2 mm,在该钢管的不同位置分别进行660 ℃和740 ℃两种温度下的模拟热校正试验。

加热方式:1、火焰枪沿管子外径环向均匀加热,测温方式为红外测温仪测量管子外表面温度。2、利用试验室箱式炉进行加热。

样管热校试验后,分别在未加热、火焰加热和箱式炉模拟加热进行取样,样管如图1所示。

图1 试验样管

箱式炉热校正模拟试验基本信息见表1。

表1 箱式炉热校模拟试验基本信息

2 试验分析

分析所用的试验方法和设备见表2。

表2 试验方法与设备

2.1 化学成分分析

对1号试样进行化学成分分析,检测结果均符合GB/T 5310—2017《高压锅炉用无缝钢管标准》对12Cr1MoVG材质的要求[2-3],试验结果(质量分数)见表3。

表3 化学成分分析结果

2.2 硬度检测

对样管的各位置试样及试验室模拟试样进行布氏硬度检测,检测结果符合GB/T 5310—2017标准对12Cr1MoVG材质的要求,试验结果见表4。

表4 布氏硬度检测结果

2.3 金相分析

对试样进行磨制抛光，用4%硝酸-酒精溶液对试样进行浸蚀后利用金相显微镜进行观察[4]。1号试样观察金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体，晶粒度7.5级[5]，满足GB/T 5310—2017标准对12Cr1MoVG材质的要求，金相组织如图2所示。

图2 1号试样金相组织

2号试样观察发现其组织中的珠光体已开始分解,组织中存在少量的黄块马氏体,晶粒度7.5级,其金相组织已不满足GB/T 5310—2017标准对12Cr1MoVG材质的要求,金相组织如图3所示。

图3 2号试样金相组织

5号试样观察金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体,晶粒度7.5级,与对比样品相比组织未见明显变化,满足GB/T 5310—2017标准对12Cr1MoVG材质的要求,金相组织如图4所示。

图4 5号试样金相组织

观察3号试样金相组织,组织中的珠光体已分解,组织中出现大量的黄块马氏体,晶粒度8级,其金相组织已不满足GB/T 5310—2017标准对12Cr1MoVG材质的要求,金相组织如图5所示。

图5 3号试样金相组织

6号试样观察金相组织组织为铁素体+珠光体+贝氏体,晶粒度7.5级,满足GB/T 5310—2017标准对12Cr1MoVG材质的要求。与对比样品相比其金相组织中珠光体发生轻微球化,根据DL/T 773—2016《火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准》评级,其球化等级为2级(轻度球化),金相组织如图6所示。金相检验结果汇总见表5。

表5 金相检验结果汇总

图6 6号试样金相组织

3 综合分析

3.1 钢管试样结果分析

通过对12Cr1MoVG样品未加热位置进行理化检测分析,样管的化学成分、金相组织、晶粒度、布氏硬度值均符合GB/T 5310—2017标准对12Cr1MoVG材质的要求。

3.2 火焰加热热校试样结果分析

通过对现场火焰模拟热校样品的金相检验发现,现场模拟660 ℃和740 ℃热校试验的样品金相组织中均出现了标准中不允许的Ac1～Ac3温度之间不完全相变产物[6]。其中740℃模拟样品中黄块组织数量更多。12Cr1MoVG材质的Ac1温度为774～805 ℃,Ac3温度为882～923 ℃,根据样品金相组织及该材质相变温度推断,在进行两种温度下的模拟热校试验时钢管的实际温度均已超过800 ℃[7]。

3.3 电阻炉式加热热校试样结果分析

试验室箱式电阻炉加热模拟试验保温时间为15 min,远大于现场一般热校的加热时间,660 ℃和740 ℃热校试验的样品金相组织均未见明显变化,仅740 ℃模拟样品出现轻微的球化现象[8]。

3.4 现场实际工况分析

由于现场进行火焰热校试验时采用的是红外测温仪进行测温,测量者将测量温度反馈给热校操作者从而调节加热强度。测温仪所测温度为钢管外表面温度,且需要火焰离开钢管表面后才能进行温度测量。当火焰离开时,钢管外表面温度会在数秒内急剧下降,当外表面测量温度达到660 ℃甚至740 ℃时,钢管所达到的实际温度已远高于试验设定温度。

4 结 语

综上所述,采用火焰加热热校方式温度控制和测量存在难度,对12Cr1MoVG钢管的金相组织有不良影响,金相组织中出现了Ac1～Ac3温度之间不完全相变产物。试验室箱式电阻炉加热方式对12Cr1MoVG钢管的金相组织无不良影响。

在制定12Cr1MoVG钢管热校工艺时加热温度控制在相变温度以下,应尽量选用可控的加热方式,当选用火焰加热方式时,应严格控制好温度上限,以免对钢管金相组织产生不良影响。