CN110836828A - 测定厚壁p91钢管正火过程心部冷却速度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测定厚壁P91钢管正火过程心部冷却速度的方法，先通过室温冲击试验得到P91钢在室温下的冲击吸收能量A与在室温下的正火冷却速v之间的数学关系，通过室温冲击试验测定正火态厚壁P91钢管心部在室温下的冲击吸收能量A1，然后代入数学关系得到推导的厚壁P91钢管心部在室温下的正火冷却速度v1。可以在正火热处理结束后获得P91钢管心部的正火冷却速度，可以对任意规格P91钢管的心部冷却速度进行检验，操作方便，实现了对P91管道生产环节的有效监督。

Description

测定厚壁P91钢管正火过程心部冷却速度的方法
技术领域
本发明属于热处理领域，具体涉及一种测定厚壁P91钢管正火过程心部冷却速度的方法。
背景技术
P91钢是一种典型的马氏体耐热钢，被广泛应用于制造高参数电站的集箱、蒸汽管道等厚壁部件。P91钢管的热处理工艺包含正火热处理和回火热处理，在正火阶段，P91钢被加热至1000℃以上的温度，保温1小时以上，最后在空气中冷却至室温。随着机组参数的提高，P91管道的壁厚越来愈大，在工业化生产中，管道表面与空气充分接触，其冷却速度较快，而管道心部未能与空气接触，其冷却速度较慢。
较慢的正火冷却速度会降低回火态P91钢中的位错密度，降低其硬度和持久性能，更慢的正火冷却速度直接导致P91钢中块状铁素体的形成，大幅降低P91钢的硬度，缩短P91钢的持久寿命。因此正火冷却速度的快慢直接影响了P91钢管道的服役可靠性。
目前，测定冷却速度的方法为热电偶直接测量法，为测定厚壁P91管道心部位置的冷却速度，需要在厚壁P91管道表面钻孔，到达心部位置，然后埋入热电偶，在整个正火过程中通过热电偶测得P91管道心部的温度随时间的变化关系，从而测得其冷却速度。虽然该方法可以直接测定心部的正火冷却速度，但该方法在实际生产应用却受到限制，原因在于：1)如果在正火热处理前安装测温热电偶，热处理过程中管道被搬动，导致热电偶连接线被损坏，无法得到温度数据；2)如果在正火热处理后安装热电偶，此时管道温度较高，不易进行操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种测定厚壁P91钢管正火过程心部冷却速度的方法，可以在正火热处理结束后获得P91钢管心部的正火冷却速度，可以对任意规格P91钢管的心部冷却速度进行检验，操作方便，实现了对P91管道生产环节的有效监督。
本发明所采用的技术方案是：
一种测定厚壁P91钢管正火过程心部冷却速度的方法，先通过室温冲击试验得到P91钢在室温下的冲击吸收能量A与在室温下的正火冷却速v之间的数学关系，通过室温冲击试验测定正火态厚壁P91钢管心部在室温下的冲击吸收能量A1，然后代入数学关系得到推导的厚壁P91钢管心部在室温下的正火冷却速度v1。
进一步地，正火冷却速度是从1060℃到200℃的冷却速度。
进一步地，P91钢在室温下的冲击吸收能量A与在室温下的正火冷却速v之间的数学关系v＝(A-6.33)/0.013。
进一步地，进行室温冲击试验时，试样的尺寸为10mm×10mm×55mm，具有V型缺口。
进一步地，测定正火态厚壁P91钢管心部在室温下的多组冲击吸收能量A1，求得平均值后再代入数学关系中。
本发明的有益效果是：
本方法通过测定正火态厚壁P91钢管心部在室温下的冲击吸收能量A1推导厚壁P91钢管心部在室温下的正火冷却速度v1，与常规的钻孔测温法相比，可以在正火热处理结束后获得P91钢管心部的正火冷却速度，可以对任意规格P91钢管的心部冷却速度进行检验，操作方便，实现了对P91管道生产环节的有效监督。
附图说明
图1为正火冷却速度为2000℃/h的P91钢中正火马氏体的扫描电镜图片。
图2为正火冷却速度为200℃/h的P91钢中正火马氏体的扫描电镜图片。
图3为正火冷却速度为25℃/h的P91钢中块状铁素体的扫描电镜图片。
图4为正火冷却速度为2000℃/h的P91钢中马氏体的透射电镜图片。
图5为正火冷却速度为200℃/h的P91钢中马氏体的透射电镜图片。
图6为正火冷却速度为25℃/h的P91钢中连续M23C6的扫描电镜图片。
图7为P91钢在室温下的冲击吸收能量A与在室温下的正火冷却速v之间的数学关系拟合结果。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种测定厚壁P91钢管正火过程心部冷却速度的方法，先通过室温冲击试验得到P91钢在室温下的冲击吸收能量A与在室温下的正火冷却速v之间的数学关系(正火冷却速度v是从1060℃到200℃的冷却速度)，通过室温冲击试验测定正火态厚壁P91钢管心部在室温下的冲击吸收能量A1(可以测定正火态厚壁P91钢管心部在室温下的多组冲击吸收能量A1，求得平均值)，然后代入数学关系得到推导的厚壁P91钢管心部在室温下的正火冷却速度v1。
P91钢在一个比较大的正火冷却速度范围内均能得到正火马氏体，通过冲击试验表明：当P91钢的正火冷却速度大于等于200℃/h时，其显微组织仍为正火马氏体组织，如附图1和附图2所示；当P91钢的正火冷却速度小于200℃/h时，其显微组织中将出现少量的块状铁素体；随着正火冷却速度的进一步降低，其显微组织将全部变为块状铁素体组织，如附图3所示；正火马氏体中孪晶马氏体的含量随着正火冷却速度的降低而逐渐增加，附图4为2000℃/h冷却得到的正火马氏体的TEM图片，没有出现孪晶马氏体组织；而附图5为200℃/h冷却得到的正火马氏体的TEM图片，可以观察到孪晶马氏体的存在，孪晶马氏体的形成增大了正火态P91钢的脆性倾向(从5(a)到5(b))，降低了P91钢的冲击吸收能量；在正火冷却速度大于200℃/h时，M23C6将在块状铁素体的晶界析出，形成连续分布，如附图6所示，连续M23C6的形成进一步降低了P91钢的冲击吸收能量。因此，根据以上试验结果可以推导得到P91钢的正火冷却速度与冲击吸收能量之间的数学关系，如图7所示，P91钢在室温下的冲击吸收能量A与在室温下的正火冷却速v之间的数学关系v＝(A-6.33)/0.013。
实施例1
将尺寸为15mm×35mm×60mm的块状P91钢在热处理炉中进行1060℃+1h的保温，然后取出空冷，空冷速度约为2000℃/h。对正火态P91钢加工3根10mm×10mm×55mm的冲击试样，缺口为V形，测得3根冲击试样的冲击吸收能量分别为：29.5J、30.3J、32.1J，其平均值为30.6J。
根据定量关系式v＝(A-6.33)/0.013，计算得到其正火冷却速度为1869℃/h，与设定值之间的误差为6.5％。
实施例2
将尺寸为15mm×35mm×60mm的块状P91钢在热处理炉中进行1060℃+1h的保温，然后在热处理炉中冷却，设定冷却速度为200℃/h。对正火态P91钢加工得到3根10mm×10mm×55mm的冲击试样，缺口为V形，测得3根冲击试样的冲击吸收能量分别为：8.7J、9.1J、8.8J，其平均值为8.9J。
根据定量关系式v＝(A-6.33)/0.013，得到其正火冷却速度为195℃/h，与设定值之间的误差为2.4％。
实施例3
将尺寸为15mm×35mm×60mm块状P91钢在热处理炉中进行1060℃+1h的保温，然后在热处理炉中冷却，设定冷却速度为25℃/h。对正火态P91钢加工得到3根10mm×10mm×55mm的冲击试样，缺口为V形，测得3根冲击试样的冲击吸收能量分别为：6.3J、6.6J、7.0J，其平均值为6.6J。
根据定量关系式v＝(A-6.33)/0.013，得到其正火冷却速度为23℃/h，与设定值之间的误差为6.7％。
实施例4
选取一厚壁P91钢管，其壁厚为100mm，外壁直径为500mm，由外壁向内部钻直径为5mm的盲孔，孔深50mm，在孔中埋入热电偶。将该P91钢管加热至1060℃，保温1h，取出空冷，冷却过程中采用热电偶记录的温度时间曲线，计算发现正火过程的冷却速度约为629℃/h。
在该P91钢管心部位置取冲击试样，试样尺寸为10mm×10mm×55mm，缺口为V形。冲击试验测得其冲击吸收能量分别为14.3J、15.2J、14.7J，其平均值为14.7J。
根据式v＝(A-6.33)/0.013，计算得到正火冷却速度为646℃/h。推算得到的正火冷却速度与实测冷却速度之间的误差为2.7％。
根据以上的4个实施例，该方法推算的正火冷却速度与实际冷却速度之间的误差在10％以内，可以满足生产实际要求。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种测定厚壁P91钢管正火过程心部冷却速度的方法，其特征在于：先通过室温冲击试验得到P91钢在室温下的冲击吸收能量A与在室温下的正火冷却速v之间的数学关系，通过室温冲击试验测定正火态厚壁P91钢管心部在室温下的冲击吸收能量A1，然后代入数学关系得到推导的厚壁P91钢管心部在室温下的正火冷却速度v1。
2.如权利要求1所述的测定厚壁P91钢管正火过程心部冷却速度的方法，其特征在于：正火冷却速度v是从1060℃到200℃的冷却速度。
3.如权利要求1所述的测定厚壁P91钢管正火过程心部冷却速度的方法，其特征在于：P91钢在室温下的冲击吸收能量A与在室温下的正火冷却速v之间的数学关系v＝(A-6.33)/0.013。
4.如权利要求1所述的测定厚壁P91钢管正火过程心部冷却速度的方法，其特征在于：进行室温冲击试验时，试样的尺寸为10mm×10mm×55mm，具有V型缺口。
5.如权利要求1所述的测定厚壁P91钢管正火过程心部冷却速度的方法，其特征在于：测定正火态厚壁P91钢管心部在室温下的多组冲击吸收能量A1，求得平均值后再代入数学关系中。
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