钢锻硬度检测 钢锻铬含量检测
我国材料牌号10Cr9Mo1VNbN 在美国材料与试验学会标准 ASTM A182－2016[1]中的对应牌号为 F91,在ASTM A335－2015[2]中的牌号为 P91,在欧 洲 标 准 EN 10216G2:2013[3]和 EN10222G2:
2000[4]中的对应牌号为X10CrMoVNb9G1,该材料是亚临界和超临界机组高温蒸汽管道及其组成件、联箱部件等广泛应用的马氏体耐热钢.新修订的电力行业标准DL/T473(现 行 标 准 是 DL/T473－1992«大直径三通锻件技术条件»)列入了该锻件材料牌号.正如ISO18265:2013
[5]中 所 指 出 的,硬度试验是在 相 对 较 短 的 时 间 内、以 有 限 的 损 伤 提供材料力学 性 能 信 息 的一 种 检 验 方 式,故 在 对 成品部件无法 取 样 进 行 拉 伸 试 验 的 条 件 下,硬 度试验成为反映材料力学性能的一种方便快捷的检验方法.对于国产铬 含 量 在 9％ ~12％(质 量 分数,以下表示为9％~12％Cr)的钢管和管件,硬度过低可能无法 满 足 材 料 的 拉 伸 强 度 要 求,而 硬 度 过高则可能 无法 满 足 材 料 的 冲 击 吸 收 能 量 要 求[6]. 因此,标准中如何规定该锻件材料的硬度,对锻件质量验收以及通过硬度试验结果表征锻件材料的 力 学 性 能 而 言 至 关 重 要. 为 此,笔 者 基 于 对10Cr9Mo1VNbN 钢同种材料锻件的硬度与抗拉强 度的统计、国 内 外 相 关 标 准 对 同 类 材 料 硬 度 的 规定以及现场 测 试 结 果 的 分 析,给 出 了 布 氏 硬 度 与 抗拉强度的 关 系 公 式,科 学 规 定 了 大 直 径 三通 锻 件材料10Cr9Mo1VNbN 钢的硬度数值,这对于通过非破坏性的快捷硬度试验方法[7]来确认大直径三通锻件的 强 度 性能、保 证 成 品 锻 制 三 通 服 役 后的运行安全性具有重要意义.
3 硬度规定值的确定
对比式(1)推算值和ISO18265:2013提供的数据可以发现,由式(1)推算的抗拉强度数值与ISO18265:2013 提供 的 数 值 相 差 较小,175,190,248HBW3个典型硬度所对应的抗拉强度偏差分别仅为1．9％,0．8％,3．3％.由以上分析可以看出,无论是ISO18265:2013和文献[6]给出的数据,还是笔者对F91钢锻件的硬度与对应抗拉强度的统计数据,都充分说明该钢在布氏硬度为175HBW时,其抗拉强度可满足标准规定的不小于585MPa的要求.考虑到锻件的后续机加工及配管焊后热处理对硬度的影响及大直径锻制三通服役后的安全性,10Cr9Mo1VNbN钢大直径三通锻件的规定硬度应高于175HB,参照 ASTM A182－2016规定,*终将10Cr9Mo1VNbN钢大直径三通锻件的规定硬度确定为190~248HBW.
2．4 表面硬度均匀性问题探讨
2．4．1 相关标准规定
大直径三通锻件整体的硬度均匀性反映了热处理过程中温度场的均匀性以及锻件各部位热处理状态的一致性.GB/T16923－2008[10]对钢件表面硬度的偏差范围(硬度均匀性)有明确规定,按照4级工件品质等级(*低级)要求,同一工件的硬度偏差应不超过40HBW.DL/T438－2016虽然规定了锻造管件的硬度应均匀,但取消了之前版本中的硬
度均匀性规定,即取消了同一管件的硬度偏差应不大于50HBW 的要求.
2．4．2 实测结果分析
为验证大直径三通锻件的硬度均匀性问题,用里氏硬度计分别对600 MW超临界机组基建安装现场主蒸汽管道和再热蒸汽热段管道具备测试条件的5件F91钢成品锻制三通(主蒸汽管道2件,再热蒸汽热段管道3件,见图2和图3)进行了表面硬度测试,5件锻制三通的规格参数如表4所示.由于成品锻制三通配管后经过整体回火热处理,其表面硬度比原锻件本身硬度有所下降,故现场测试的主蒸汽管道和再热蒸汽热段管道锻制三通的表面硬度不一定满足新修订DL/T473的要求.主蒸汽管道2件锻制三通实测表面硬度分布情况见图4,再热蒸汽热段管道3件锻制三通实测表面硬度分布情况见
图5,每件锻制三通的测点数量及硬度*大值与*小值见表5,每个测点取其5次测试值的平均值作为该测点的硬度.实测结果表明,同一锻制三通的硬度均匀性偏差为12~29HBW.由此可以看出,在按规范要求进行正常热处理的条件下,工件的硬度均匀性是比较好的,完全可满足GB/T16923－2008规定的4级工件品质等级要求.因此,新修订的 DL/T473规定10Cr9Mo1VNbN钢大直径三通锻件的硬度均匀性偏差应不大于40HBW.
3 结论
(1)对 于 10Cr9Mo1VNbN 钢 大 直 径 三 通 锻件,在确保硬度不低于175HBW 的情况下,可满足
标准规定的抗拉强度Rm ≥585MPa的要求.
(2)考虑到大直径三通锻件的后续机加工及配管焊后热处理对硬度的影响,应对锻件的硬度下限值考虑一定裕量.基于对F91钢锻件的硬度与抗拉强度的统计分析及成品锻制三通的现场表面硬度测试,参考 ASTMA182－2016等标准的规定,确定了10Cr9Mo1VNbN钢大直径三通锻件的硬度及均匀性偏差要求,即硬度应控制在190~248HBW,同一锻件的硬度均匀性偏差应不大于40HBW.
(3)按照该文给出的布氏硬度与抗拉强度的关系公式 Rm ＝2．86HBW＋101．9,可通过简便的硬度测试方法来推算10Cr9Mo1VNbN钢大直径三通锻件材料的抗拉强度,这有利于在无法取样进行拉伸试验的情况下了解掌握该材料的抗拉强度.而虚拟化的里氏硬度计则是在手机或电脑上添加信号采集硬件模块(智能冲击装置)及基于图形用户界面(GUI)的应用软件,然后借助手机或电脑设备,实现强大的运算功能及通信功能.