電站鍋爐主蒸汽管道硬度檢測異常分析

李敏

摘 要 針對電站鍋爐主蒸汽管道出現硬度檢測異常的問題進行了分析，從三個方面總結了硬度檢測異常產生的原因，并根據硬度檢測產生異常的原因提出進一步分析的建議，以避免誤判。

關鍵詞 電站鍋爐;主蒸汽管道;硬度檢測;硬度異常

引言

硬度是對金屬材料力學性能評定常用的一個指標，能夠間接反映出被測材料的塑性、彈性、強度以及韌性等綜合性能。在電站鍋爐檢測中硬度試驗被廣泛用于金屬材料性能的質量評定。本文將重點對電站鍋爐主蒸汽管道硬度檢測中出現的異?，F象進行簡單的分析。

1硬度檢測試驗方法介紹

根據試驗方法的不同硬度可分為布氏硬度、維氏硬度、洛氏硬度等，不同的實驗方法各有優缺點。其中里式硬度計因為其便攜性，被大量用于現場的檢測工作。里式硬度計基本原理是硬度計中具有一定質量的沖擊體在一定的試驗力作用下以一定的速度沖擊試樣表面，然后測量硬度計中沖擊體距試樣表面1mm處的沖擊速度與回跳速度，根據速度的比值即可計算得出里式硬度值[1]。

2主蒸汽管道硬度檢測異常原因分析

針對不同檢測階段和不同部位硬度檢測出現的異常問題，以下將從三個方面對主蒸汽管道硬度異常進行簡單的分析。

2.1 主蒸汽管道材料與設計不符導致硬度超標

在鍋爐的安裝階段，主蒸汽管道母材與焊縫如果出現硬度異常的現象，首先需要排除材料是否使用正確。不同的材料其硬度值不同，低合金鋼材質管道的硬度值與高合金鋼材質的管道差別較大。以低合金鋼材質12Cr1MoV的主蒸汽管道為例，GB/T5310中規定管子硬度值為135-195HB，而以SA213-T91為主的高合金鋼材質的主蒸汽管道管子硬度則為185-250HB。如果施工現場硬度檢測值存在較大偏差，不排除主蒸汽管道錯用了與設計不符的材料，所以可以選取適當的檢測方法對母材成分元素含量進行分析，確保母材材質符合設計要求。同樣，焊接接頭的焊材使用錯誤，也會導致焊接焊接硬度異常，如焊縫硬度檢測值異常，首先需對焊縫元素含量進行測定[2]。

2.2 制造與安裝質量不合格導致硬度檢測異常

在主蒸汽管道所采用的無縫鋼管與彎頭制造加工過程中，整體熱處理不理想也會引起彎頭的硬度超標。主蒸汽管道無縫鋼管與彎頭一般在制造廠進行加工后，需要進行整體熱處理以獲得需要的組織。如果在電站鍋爐主蒸汽管道安裝階段的管道母材進行硬度檢測時母材硬度值超標，不符合標準要求，有可能是在制造階段熱處理效果未達到要求造成的。此外主蒸汽管道如果出廠時金屬組織不均勻或出現脫碳層等缺陷也會出現硬度偏低的現象，需要進行辨別。

電站鍋爐主蒸汽管道在設計的時候都會選擇12Cr1MoV這樣的低合金鋼，或者SA213-T91這樣的高合金耐熱鋼。在鍋爐安裝階段或者鍋爐運行中進行主蒸汽管道維修時，管道焊接完成以后，為了改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應力都需要進行焊后熱處理。熱處理的效果對焊接接頭的性能有著直接的影響，在熱處理后對焊接接頭的硬度進行檢測，硬度檢測值可以間接的反應處焊接接頭的熱處理效果。例如，在某電廠超超臨界鍋爐安裝的過程中， 12Cr1MoV主蒸汽管道10余道焊縫進行熱處理后，硬度檢測值均超標，具體數值見表1-1。

按照DL/T438-2016中的規定，12Cr1MoV管子硬度的控制值為135-195HB，焊縫的硬度值為不高于母材硬度值加100HB，且不高于270HB，焊縫硬度檢測值已經超標。對焊縫進行金相分析，發現焊縫組織有脆硬的馬氏體存在，說明熱處理效果不夠理想。對焊接接頭的熱處理工藝進行分析，發現該施工現場熱處理工藝中對于熱處理溫度選取了規程要求區間范圍的下限值，考慮加熱裝置的散熱損失，焊縫熱處理溫度并未達到規范要求的最低值，故導致熱處理效果不佳。熱處理效果不理想是導致焊縫硬度偏高的主要原因[3]。

2.3 主蒸汽管道材質劣化導致硬度超標

電站鍋爐運行階段，由于運行壓力和溫度都很高，在超溫超壓事故下對主蒸汽管道的壽命也有很大影響，而且長周期運行中隨著運行時間的增加，主蒸汽管道也會有劣化的傾向，導致管道母材硬度異常。

珠光體球化就是其中的一種劣化的表現。一般壓力等級較低的電站鍋爐主蒸汽管道母材都會選用材料等級較低的低合金鋼，低合金鋼一般以在常溫下的組織一般為鐵素體加珠光體，見圖2-1。珠光體晶粒中鐵素體與滲碳體是以薄片狀形態互相夾雜的，這種片狀的珠光體是一種不穩定的組織，當主蒸汽管道處于較高的運行溫度時，組織中的原子活力增強，擴散的速度增加，珠光體形態逐漸從片狀轉變為珠狀，再聚集成球團，這種現象將使材料的屈服點、抗拉強度等力學性能下降。因此低合金鋼的珠光體球化是鋼在高溫下長期服役后常見的組織變化之一，見圖2-2。隨著金屬材料球化等級增加，材料的強度將會有不同程度的降低。對于運行中出現硬度異常降低的低合金主蒸汽管道，考慮珠光體球化的可能性，需要對主蒸汽管道進行金相檢測，以確定主蒸汽管道珠光體是否是球化[4]。

3結束語

綜上所述，除以上三種情況外還有其他多種原因均會引起電站鍋爐主蒸汽管道的硬度異常。在主蒸汽管道硬度檢測中，出現硬度檢測結果異常的情況時，要根據主蒸汽管道檢測的狀態具體分析，并選取其他檢測方法進一步分析，從而確定硬度異常的原因。

參考文獻

[1] DL/T438-2016.火力發電廠金屬技術監督規程[S].北京：中國標準出版社，2016.

[2] 趙曉春，劉曉明，史海燕，等.焊后熱處理溫度對T91焊口硬度的影響[J].熱加工工藝，2012，41（06）：150-151.

[3] 畢虎才，董勇軍，王琪，等.P91末過出口導管硬度異常分析[J].兵器材料科學與工程，2013，36（06）：88-90.

[4] 董鵬.P91鋼管硬度檢測值偏低原因分析[J].內蒙古電力技術，2015，33（03）：74-76.