12Cr1MoVG鋼在高溫條件下的組織變化研究

摘 要：對(duì)電站鍋爐中使用不同時(shí)間的12Cr1MoVG鋼進(jìn)行金相分析，發(fā)現(xiàn)12Cr1MoVG的貝氏體球化速率隨溫度而變化。溫度越高，貝氏體球化速率越快，迎火面的溫度較背火面高，貝氏體球化速率也快。當(dāng)溫度一定的時(shí)候，電站鍋爐中12Cr1MoVG的貝氏體球化速率并不是恒定值，發(fā)生球化的時(shí)間越長(zhǎng)，其速率越慢。球化過程中α-Fe的溶質(zhì)原子減少導(dǎo)致球化速率減緩，同時(shí)降低材料物理性能。

關(guān)鍵詞：12Cr1MoVG；貝氏體；球化；電站鍋爐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.042

1 引言

12Cr1MoVG是耐熱合金鋼，其小徑管在實(shí)際使用中具有生產(chǎn)工藝成熟，焊接性能好，經(jīng)濟(jì)成本低等特點(diǎn)[1]，且在高溫下具有良好的屈服強(qiáng)度，較低的熱脆傾向等性能，因而廣泛的應(yīng)用于電站鍋爐的水冷壁管、低溫過熱器管、低溫再熱器管、屏式過熱器管等受熱面系統(tǒng)。

由于12Cr1MoVG鋼在電站鍋爐中使用環(huán)境惡劣。處于長(zhǎng)期的高溫條件下，12Cr1MoVG鋼會(huì)隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)而出現(xiàn)高溫疲勞、電化學(xué)腐蝕、汽水物理沖蝕等現(xiàn)狀。在較差的煤質(zhì)和水質(zhì)影響下，12Cr1MoVG小徑管經(jīng)常會(huì)發(fā)生爆管事故[2]。由于低過、低再管等處于鍋爐內(nèi)部，嚴(yán)重的爆管事故維修要求整臺(tái)鍋爐機(jī)組停運(yùn)檢修，因此帶來的經(jīng)濟(jì)損失巨大，且影響鍋爐的運(yùn)行安全及使用壽命。

由于鍋爐運(yùn)行狀態(tài)下，燃燒的煤質(zhì)和作為介質(zhì)的水質(zhì)可以通過化學(xué)方法分析并監(jiān)控，可有效控制其有害元素的量，減輕對(duì)鍋爐管子的腐蝕現(xiàn)象，且受熱面管外部凝結(jié)的結(jié)焦在一定程度上減輕了管子外壁的侵蝕、沖蝕現(xiàn)象。而高溫對(duì)管子的不良影響卻無任何有效的監(jiān)控及壽命預(yù)估方法，因此研究12Cr1MoVG鋼在高溫條件下的組織變化對(duì)評(píng)估使用狀態(tài)及壽命評(píng)價(jià)是十分有益的；對(duì)鍋爐合理的計(jì)劃停機(jī)檢修檢驗(yàn)具有一定的指導(dǎo)意義。

2 試驗(yàn)材料和方法

本文分析對(duì)象為某電廠額定蒸汽壓力為26Mpa的亞臨界電站鍋爐，分析試樣為該電站鍋爐高溫再熱器管，在600℃下分別運(yùn)行了20000h和28000h，通過割管取樣制備金相試樣，依次編號(hào)為試樣1和試樣2，迎火面和背火面分別編號(hào)為a和b，金相顯微鏡型號(hào)為倒置式4XC。

3 結(jié)果與討論

圖1為運(yùn)行不同時(shí)間的12Cr1MoVG鋼金相圖（400X），從圖中可以看12Cr1MoVG鋼是由貝氏體和鐵素體組成，這是因?yàn)殇撝械腃r、Mo元素的存在會(huì)導(dǎo)致珠光體共析溫度下降，在冷卻的過程中延遲了珠光體轉(zhuǎn)變過程，當(dāng)溫度降到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度和珠光體轉(zhuǎn)變溫度之間時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w。

未球化的組織，貝氏體區(qū)域形態(tài)清晰，貝氏體中的滲碳體呈結(jié)構(gòu)緊密的顆粒狀分布在鐵素體中[3]。從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，隨著高溫運(yùn)行時(shí)間的增加，貝氏體被打碎，原本清晰的晶界變得模糊，黑色顆粒物開始球化。這是由于長(zhǎng)期高溫的環(huán)境下，貝氏體晶粒中的原子活動(dòng)能力增加，在濃度梯度的作用下，原子發(fā)生遷移。高溫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，原子遷移數(shù)量越多。由于碳在α-Fe中的溶解度非常低，而貝氏體中的鐵素體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，因此濃度梯度作用下的大量的原子遷移導(dǎo)致α-Fe的過飽和固溶體中的碳元素開始析出。由于球形的表面能最低，隨著高溫時(shí)間的增加，碳元素逐漸析出并球化和聚集，最終在晶界處形成鏈狀或條狀的碳化物。析出的碳化物類型按照M3C→M7C3→M23C6順序轉(zhuǎn)變[2]，這意味著過飽和固溶體中合金元素和碳元素同時(shí)析出，并在晶界處聚集。這使得固溶體中溶質(zhì)原子數(shù)量也在下降，導(dǎo)致溫度不變得時(shí)候，α-Fe的溶解度也不變，隨著時(shí)間的增加，飽和度下降而析出原子的數(shù)量也越來越慢，即球化的速度減緩。

從圖中可以看出，迎火面金相組織中的球化較背火面金相組織嚴(yán)重。這是由于溫度越高，原子活性越大，能量越高，越容易克服原子間相互作用力而遷移，不同元素的原子擴(kuò)散速度越快。最終導(dǎo)致碳原子擴(kuò)散的數(shù)量更多，球化也較嚴(yán)重。

在貝氏體球化過程中，球化速率隨溫度變化的關(guān)系符合阿倫尼烏斯公式。阿倫尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式：lnk=lnA—Ea/RT。式中：K為速率常數(shù)，R為氣體常數(shù)：8.314J/mol·k，T為熱力學(xué)溫度，Ea為活化能，A為之前因子。對(duì)于同種反應(yīng)，反應(yīng)速率與溫度成正相關(guān)，即溫度越高，反應(yīng)速率越快，因此管子迎火側(cè)比背火側(cè)球化速度快。

4 結(jié)論

電站鍋爐中12Cr1MoVG的貝氏體球化速率與溫度成正相關(guān)，迎火面的貝氏體球化速率較背火面快。當(dāng)溫度一定的時(shí)候，電站鍋爐中12Cr1MoVG的貝氏體球化速率隨時(shí)間的增加而慢慢降低。球化過程中α-Fe的溶質(zhì)原子減少導(dǎo)致球化速率減緩，同時(shí)降低材料物理性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]張紅旗. 基于圖像處理技術(shù)的12Cr1MoV鋼金相組織分析研究[D].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[2]楊峰，于慶波.12Cr1MoV鋼高溫運(yùn)行過程中組織和性能的研究[J].熱加工工藝，2009，38（20）：28-30.

[3]孫樹文，雷廷權(quán)，唐之秀等.12Cr1MoV鋼大口徑高壓鍋爐鋼管沖擊韌性的質(zhì)量控制[J].鋼鐵，2004，Vol.32（12）：41-45.

作者簡(jiǎn)介：楊濤（1990-），男，回族，寧夏銀川人，研究生，工程師，主要從事承壓類特種設(shè)備的檢驗(yàn)檢測(cè)、金屬監(jiān)督及理化檢驗(yàn)。