Grade 91耐热钢的硬度与持久强度、许用应力和运行/剩余寿命的相关性研究

彭志方，刘 省，杨华春，杨 超，王家庆

(1 武汉大学 动力与机械学院，武汉 430072；2 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 材料研究所，四川 自贡 643000；3 江苏方天电力技术有限公司 检测实验中心,南京 211102；4 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院，合肥 230088)

20世纪90年代以来，低碳高合金耐热钢Grade 91在国内外广泛用于亚/超临界火电机组的锅炉和汽机部件，其运行安全性一直受到业内的高度关注和重视。在应用初期，有火电厂Grade 91钢部件出现过早失效[1]。日本学者发现，这类钢在600 ℃和650 ℃系列应力的持久拉伸实验后期出现性能下滑，即随应力水平的不同持久曲线上的实验点会在不同时间明显下落[2-4]。他们认为Grade 91钢部件的过早失效与该现象密切相关。随后，其他研究者也证实了该现象，并对预测/外推持久强度的计算方法进行了改良以避免性能高估[5-10]。

近年来，在役Grade 91钢的Ⅳ型开裂和低氮铝质量比(N/Al)[11]以及硬度降低[12]现象引起了业内对其安全性和剩余寿命的高度关注和重视。为保证Grade 91钢的运行安全性，有关国际标准的制定机构多年来一直在开展下调该钢最大许用应力的工作，从考虑管壁厚的ASME BPVC 2017到忽略管壁厚但考虑氮铝比的Type 1和Type 2材料的ASME BPVC 2019的相关标准，根据运行温度的不同已将这类钢的最大许用应力下调了1～13 MPa。这给全球范围内该钢部件的设计、制造和运行提出了更严苛的要求并提高了操作难度。主要表现在，在现有运行条件下或增加该钢部件壁厚或降低其运行参数以减小部件截面应力。……