超期服役F12耐热钢断裂失效与组织结构的相关性

陆传镇, 吴细毛, 胡正飞,, 王起江, 赵俊韦, 王春亮

(1.同济大学 材料科学与工程学院,上海市金属功能材料开发应用重点实验室,上海 200092;2.东北电力科学研究院有限公司,沈阳 110006;3.上海材料研究所,上海市工程材料应用评价重点实验室,上海 200437;4.上海宝山钢铁股份公司技术中心,上海 200077)

热电厂高温部件的寿命是有限的.在高温和应力作用下,材料会产生组织结构损伤而导致性能退化和设备失效.为此,对开发的耐热钢性能进行研究,掌握材料性能随服役时间的退化规律并充分了解材料的组织结构变化规律十分重要.

本文以长期服役的F12锅炉管为研究对象.该炉管在545℃、17.1 MPa工况条件下运行长达18万h后产生了爆管断裂.为了解长期服役过程中材料的损伤行为,笔者对多次大修过程中的割管样品(包括原始材料和最长服役时间达18万h后发生蠕变断裂的样品)进行了组织结构和性能的比较研究,并从服役过程中的组织结构演变分析了其蠕变断裂的原因.

1 试验方法

本文研究的蒸汽管线的管材为德国生产的F12钢管(标准为DIN17175[1]),管径尺寸为273 mm×26mm,正常运行温度为545℃,工作压力为17.1 MPa,其化学成分(质量分数)为:w(C)为 0.17%～0.23%,w(Si)≤0.50%,w(Mn)≤0.30%,w(P)为0.030%,w(S)为0.030%,w(Cr)为 12.5%,w(Ni)为0.80%,w(Mo)为 1.20%,w(V)为0.25%～0.35%.F12钢是较早开发的高温用钢[2],由于有良好的耐高温特性,因而广泛用于热电厂的主蒸汽管道和再热器等主要部件.试验样品是厂方保留的、未经服役的原始管道母材和大修期间从使用管道上截取的管段.共取4组样品,标识分别为1号、2号、3号和4号试样……