电站锅炉主蒸汽管道硬度检测异常分析

李敏

摘 要 针对电站锅炉主蒸汽管道出现硬度检测异常的问题进行了分析，从三个方面总结了硬度检测异常产生的原因，并根据硬度检测产生异常的原因提出进一步分析的建议，以避免误判。

关键词 电站锅炉;主蒸汽管道;硬度检测;硬度异常

引言

硬度是对金属材料力学性能评定常用的一个指标，能够间接反映出被测材料的塑性、弹性、强度以及韧性等综合性能。在电站锅炉检测中硬度试验被广泛用于金属材料性能的质量评定。本文将重点对电站锅炉主蒸汽管道硬度检测中出现的异常现象进行简单的分析。

1硬度检测试验方法介绍

根据试验方法的不同硬度可分为布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度等，不同的实验方法各有优缺点。其中里式硬度计因为其便携性，被大量用于现场的检测工作。里式硬度计基本原理是硬度计中具有一定质量的冲击体在一定的试验力作用下以一定的速度冲击试样表面，然后测量硬度计中冲击体距试样表面1mm处的冲击速度与回跳速度，根据速度的比值即可计算得出里式硬度值[1]。

2主蒸汽管道硬度检测异常原因分析

针对不同检测阶段和不同部位硬度检测出现的异常问题，以下将从三个方面对主蒸汽管道硬度异常进行简单的分析。

2.1 主蒸汽管道材料与设计不符导致硬度超标

在锅炉的安装阶段，主蒸汽管道母材与焊缝如果出现硬度异常的现象，首先需要排除材料是否使用正确。不同的材料其硬度值不同，低合金钢材质管道的硬度值与高合金钢材质的管道差别较大。以低合金钢材质12Cr1MoV的主蒸汽管道为例，GB/T5310中规定管子硬度值为135-195HB，而以SA213-T91为主的高合金钢材质的主蒸汽管道管子硬度则为185-250HB。如果施工现场硬度检测值存在较大偏差，不排除主蒸汽管道错用了与设计不符的材料，所以可以选取适当的检测方法对母材成分元素含量进行分析，确保母材材质符合设计要求。同样，焊接接头的焊材使用错误，也会导致焊接焊接硬度异常，如焊缝硬度检测值异常，首先需对焊缝元素含量进行测定[2]。

2.2 制造与安装质量不合格导致硬度检测异常

在主蒸汽管道所采用的无缝钢管与弯头制造加工过程中，整体热处理不理想也会引起弯头的硬度超标。主蒸汽管道无缝钢管与弯头一般在制造厂进行加工后，需要进行整体热处理以获得需要的组织。如果在电站锅炉主蒸汽管道安装阶段的管道母材进行硬度检测时母材硬度值超标，不符合标准要求，有可能是在制造阶段热处理效果未达到要求造成的。此外主蒸汽管道如果出厂时金属组织不均匀或出现脱碳层等缺陷也会出现硬度偏低的现象，需要进行辨别。

電站锅炉主蒸汽管道在设计的时候都会选择12Cr1MoV这样的低合金钢，或者SA213-T91这样的高合金耐热钢。在锅炉安装阶段或者锅炉运行中进行主蒸汽管道维修时，管道焊接完成以后，为了改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力都需要进行焊后热处理。热处理的效果对焊接接头的性能有着直接的影响，在热处理后对焊接接头的硬度进行检测，硬度检测值可以间接的反应处焊接接头的热处理效果。例如，在某电厂超超临界锅炉安装的过程中， 12Cr1MoV主蒸汽管道10余道焊缝进行热处理后，硬度检测值均超标，具体数值见表1-1。

按照DL/T438-2016中的规定，12Cr1MoV管子硬度的控制值为135-195HB，焊缝的硬度值为不高于母材硬度值加100HB，且不高于270HB，焊缝硬度检测值已经超标。对焊缝进行金相分析，发现焊缝组织有脆硬的马氏体存在，说明热处理效果不够理想。对焊接接头的热处理工艺进行分析，发现该施工现场热处理工艺中对于热处理温度选取了规程要求区间范围的下限值，考虑加热装置的散热损失，焊缝热处理温度并未达到规范要求的最低值，故导致热处理效果不佳。热处理效果不理想是导致焊缝硬度偏高的主要原因[3]。

2.3 主蒸汽管道材质劣化导致硬度超标

电站锅炉运行阶段，由于运行压力和温度都很高，在超温超压事故下对主蒸汽管道的寿命也有很大影响，而且长周期运行中随着运行时间的增加，主蒸汽管道也会有劣化的倾向，导致管道母材硬度异常。

珠光体球化就是其中的一种劣化的表现。一般压力等级较低的电站锅炉主蒸汽管道母材都会选用材料等级较低的低合金钢，低合金钢一般以在常温下的组织一般为铁素体加珠光体，见图2-1。珠光体晶粒中铁素体与渗碳体是以薄片状形态互相夹杂的，这种片状的珠光体是一种不稳定的组织，当主蒸汽管道处于较高的运行温度时，组织中的原子活力增强，扩散的速度增加，珠光体形态逐渐从片状转变为珠状，再聚集成球团，这种现象将使材料的屈服点、抗拉强度等力学性能下降。因此低合金钢的珠光体球化是钢在高温下长期服役后常见的组织变化之一，见图2-2。随着金属材料球化等级增加，材料的强度将会有不同程度的降低。对于运行中出现硬度异常降低的低合金主蒸汽管道，考虑珠光体球化的可能性，需要对主蒸汽管道进行金相检测，以确定主蒸汽管道珠光体是否是球化[4]。

3结束语

综上所述，除以上三种情况外还有其他多种原因均会引起电站锅炉主蒸汽管道的硬度异常。在主蒸汽管道硬度检测中，出现硬度检测结果异常的情况时，要根据主蒸汽管道检测的状态具体分析，并选取其他检测方法进一步分析，从而确定硬度异常的原因。

参考文献

[1] DL/T438-2016.火力发电厂金属技术监督规程[S].北京：中国标准出版社，2016.

[2] 赵晓春，刘晓明，史海燕，等.焊后热处理温度对T91焊口硬度的影响[J].热加工工艺，2012，41（06）：150-151.

[3] 毕虎才，董勇军，王琪，等.P91末过出口导管硬度异常分析[J].兵器材料科学与工程，2013，36（06）：88-90.

[4] 董鹏.P91钢管硬度检测值偏低原因分析[J].内蒙古电力技术，2015，33（03）：74-76.