| 标题 | 高温蒸汽管道的组织性能和剩余寿命分析 |
| 范文 | 李刚 李仕力 陈智 陈钒 摘 要：本文通过化学成分、力学性能和微观组织分析等试验，对发生球化的P22蒸汽管道材质组织性能进行了分析。P22材质在500℃高温下服役约21年后，其室温屈服强度仍在338MPa以上，抗拉强度在534MPa以上，520℃高温拉伸屈服强度仍在200MPa以上，0℃下的夏比冲击吸收功达到110J，硬度、微观组织等均符合相关标准要求。根据DL/T 940—2005《火力发电厂蒸汽管道寿命评估技术导则》等相关标准对管道剩余寿命进行了二级评估。 关键词：球化；蒸汽管道；P22；组织性能 中图分类号：TK22 文献标志码：A 0 引言 某蒸汽管道于1994年建成，在2016年进行全面检验时现场金相检验发现管道存在中度球化，评定为3级。为了全面评价该管道的材料服役状态，对管道材料分别进行了化学成分、力学性能和微观组织分析等试验，对材质组织性能进行分析，并根据DL/T 940—2005《火力发电厂蒸汽管道寿命评估技术导则》等相关标准对管道剩余寿命进行评估。 1 材料和试验 该管道规格为Φ324×39.2mm，材质为P22，实际使用温度515℃，实际使用压力11.7MPa，设计最高温度553℃，设计最高压力13.73MPa 。依据相关标准，对管道材料分别进行了化学成分、常温拉伸、高温拉伸、硬度和夏比冲击等力学性能测试试验，对材料微观组织进行了分析。 2 理化性能分析 2.1 化学成分 根据GB/T 20123—2006和GB/T 20125—2006对管道进行成分分析，化学成分符合标准ASTM A335/A335M的要求。 2.2 拉伸性能 沿管道的轴向制取3个拉伸试样，根据GB/T 228.1—2010进行室温拉伸试验，拉伸试验测试结果见表2。抗拉强度最低为534MPa，规定塑性延伸强度最低为338MPa，最低伸长率27.0，均满足标准ASTM A335/A335M的要求。 沿管道的轴向制取两个高温拉伸试样，根据GB/T 228.2—2015进行高温拉伸试验，试验测试结果见表1。P22对应国内牌号为12Cr2MoG，GB 5310—2008中对12Cr2MoG的高温拉伸要求为500℃下Rp0.2≥173MPa，550℃下Rp0.2≥159MPa，520℃、530℃下的高温拉伸性能均满足标准GB 5310—2008的要求。 2.3 冲击性能 根据GB/T 229—2007，对母材的冲击韧性进行测试，以评价其断裂韧性是否满足要求。由焊缝金属的夏比冲击吸收功测试结果可知，母材的冲击韧性较好，在室温和0℃下的冲击吸收能量均在120J以上。ASTM A335/A335M对P22的冲击性能没有具体要求，GB 5310—2008中对其相似牌号12Cr2MoG的冲击要求为纵向≥40J，横向≥27J，试验结果符合标准要求。 2.4 硬度 根据GB/T 2654—2008进行硬度试验，表2为焊接接头的硬度测试结果，在焊缝横截面的上表面和下表面分别沿着两条线测试硬度，测试位置如图1所示。焊缝金属和近缝区的硬度较高。 3 金相组织 在管段环焊接头上制取焊缝横截面金相试样，对金相试样进行观察分析。焊缝宏观金相显示无裂纹、未熔合、未焊透、气孔和夹渣等缺陷。 母材的金相组织为贝氏体+少量铁素体，管道在高温下服役已经发生了一定程度的组织球化，贝氏体区域仍然存在，方向性开始消失，虽然仍保留原有的区域形态，但内部的碳化物开始往晶界析出，发生分散球化，球化组织级别为2级倾向性球化。 4 壁厚校核 按GB/T9222—2008《水管锅炉受压元件强度计算》计算管道的理论壁厚，管道的壁厚最小值不低于23.66mm，管道壁厚满足最小值要求。 5 剩余寿命分析 查阅已有的资料，根据P22（10CrMo910）L-M曲线，可得管道使用寿命为457088h。管道自1994年9月建成至今已运行203670h，则在不考虑其他材料损伤和失效模式的情况下，该管道基于高温蠕变的剩余寿命为253418h。通过对样管进行拉伸、冲击、硬度和微观组织等试验，样管的各项力学性能仍满足标准要求，组织球化级别为2级倾向性球化，在材质损伤老化的基础上，取经验安全系数为1.8，则剩余寿命为140787h，即16年。 结语 （1）钢管的性能检测结果较好。 （2）母材的金相组织为贝氏体+少量铁素体，管道材料球化组织级别为2级倾向性球化。 （3）经壁厚核算，在服役工况下管道最小壁厚为23.66mm，样管壁厚满足最小壁厚要求。 （4）钢管材料组织性能良好，未发生较严重的老化，在目前的工况不变的情况下（包括服役温度、运行压力等参数）剩余寿命为16年。由于实际材料的性能波动以及现场服役过程中各种不确定因素的影响，剩余寿命评估结果仅供参考。 参考文献 [1]张辉，李茂东，卢忠铭，等.SA335—P22钢主蒸汽管道非破坏性剩余寿命评估方法[J].理化检验-物理分册，2015，51（2）：100-104. [2]陈金泉.长期高温服役10CrMo910主蒸汽管道材质损伤分析[J].化工设备与管道，2009，46（3）：64-69. [3]黄维浩，张瑞，唐松青.运行15万小时后F22钢主蒸汽管道剩余壽命的预测与试验验证[J].机械工程材料，2014，38（1）：90-95. |
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