CN113484141A - 一种用于奥氏体不锈钢锅炉管s30432产品性能的评价方法 - Google Patents
一种用于奥氏体不锈钢锅炉管s30432产品性能的评价方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法，包括以下步骤：1)对锅炉管S30432的室温性能质量进行评价；2)对锅炉管S30432的组织稳定性质量进行评价；3)对锅炉管S30432的高温性能质量进行评价；4)根据锅炉管S30432的室温性能质量评价结果、组织稳定性质量评价结果及高温性能质量评价结果对锅炉管S30432的产品性能进行评价，该方法能够对锅炉管S30432的性能进行综合评价。
Description
技术领域
本发明属于奥氏体不锈钢产品性能评价技术领域，涉及一种用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法。
背景技术
随着超超临界机组的发展，S30432奥氏体耐热钢因具有优良的高温性能，良抗氧化性和组织稳定性，被广泛应用在锅炉过热器、再热器高温段。锅炉管S30432供货状态为固溶态，固溶在基体中的合金元素在长期高温运行过程中会形成细小析出相，从而产生沉淀强化效应，使钢管具有高的持久强度、良好的持久塑性和韧性。
在实际应用中，蠕变性能(持久强度)的优劣对服役过程有重大的影响，但目前评价钢管质量尚未形成统一的持久性能考核要求。为了满足生产需求，节约生产成本，对于大批量国产化生产的锅炉管S30432产品性能评价主要包括室温力学性能、金相组织等，评价考虑片面，缺乏精细化，难以做出准确全面的产品性能评价，针对目前国产化锅炉管S30432产品性能评价指标单一、片面，提供一种综合评价方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法，该方法能够对锅炉管S30432的性能进行综合评价。
为达到上述目的，本发明所述的用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法包括以下步骤：
1)对锅炉管S30432的室温性能质量进行评价；
2)对锅炉管S30432的组织稳定性质量进行评价；
3)对锅炉管S30432的高温性能质量进行评价；
4)根据锅炉管S30432的室温性能质量评价结果、组织稳定性质量评价结果及高温性能质量评价结果对锅炉管S30432的产品性能进行评价。
步骤1)的具体操作过程为：
对锅炉管S30432进行硬度、拉伸及冲击性能测试。
硬度测试时使用的试样为全壁厚环状试样，硬度测试时选取的各测试位置沿全壁厚环状试样的不同方向设置；
拉伸测试时使用的试样为在锅炉管S30432沿纵向选取的全壁厚弧状试样；
冲击测试时使用的试样为在锅炉管S30432沿纵向选取的V型冲击试样。
当锅炉管S30432的硬度、拉伸及冲击性能测试数据均在标准规定范围内，且数据分布均匀时，则为A级；
当锅炉管S30432硬度、拉伸及冲击性能测试数据均在标准规定范围内，且数据分布不均匀时，则为B级；
当锅炉管S30432硬度、拉伸及冲击性能测试数据不均在标准规定范围内时，则为C级。
步骤2)的具体操作为：
锅炉管S30432的金相组织为奥氏体，选取全壁厚环状试样，研磨抛光后采用质量百分浓度为68％的浓硝酸进行电解侵蚀，其中，电流密度为1A/cm2,侵蚀时间为60-90s,以清晰显示晶界，观察外壁、壁中及内壁的晶粒形态，测量并计算非等轴晶晶粒延伸度e值，再根据非等轴晶晶粒延伸度e值对锅炉管S30432的组织稳定性质量进行评级。
步骤3)的具体操作过程为：
以锅炉管S30432的持久断裂性能为基础，检验锅炉管S30432的持久强度，再在220Mpa、230Mpa及240Mpa的应力条件，通过断裂时间判别持久性能；
以锅炉管S30432抗氧化性为基础，检验锅炉管S30432内壁有效喷丸层的深度，根据显微硬度法进行测量，对抗蒸汽氧化性进行评价。
将锅炉管S30432的室温性能质量评价结果、组织稳定性质量评价结果及高温性能质量评价结果进行累加，并根据累加结果对锅炉管S30432的产品性能进行评价。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法在具体操作时，锅炉管S30432的室温性能质量、组织稳定性质量及高温性能质量进行评价，再根据锅炉管S30432的室温性能质量评价结果、组织稳定性质量评价结果及高温性能质量评价结果对锅炉管S30432的产品性能进行评价，以实现对锅炉管S30432的性能进行综合评价，操作方便、简单。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为室温性能质量评价的示意图；
图3为组织稳定性质量评价的示意图；
图4为高温性能质量评价的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明所述的用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法包括以下步骤：
1)对锅炉管S30432的室温性能质量进行评价；
步骤1)的具体操作过程为：
对锅炉管S30432进行硬度、拉伸及冲击性能测试，其中，硬度测试时使用的试样为全壁厚环状试样，硬度测试时选取的各测试位置沿全壁厚环状试样的不同方向设置；拉伸测试时使用的试样为在锅炉管S30432沿纵向选取的全壁厚弧状试样；冲击测试时使用的试样为在锅炉管S30432沿纵向选取的V型冲击试样。
当锅炉管S30432的硬度、拉伸及冲击性能测试数据均在标准规定范围内，且数据分布均匀时，则为A级；
当锅炉管S30432硬度、拉伸及冲击性能测试数据均在标准规定范围内，且数据分布不均匀时，则为B级；
当锅炉管S30432硬度、拉伸及冲击性能测试数据不均在标准规定范围内时，则为C级。
2)对锅炉管S30432的组织稳定性质量进行评价；
步骤2)的具体操作过程为：
锅炉管S30432的金相组织为奥氏体，选取全壁厚环状试样，研磨抛光后采用质量百分浓度为68％的浓硝酸进行电解侵蚀，其中，电流密度为1A/cm2,侵蚀时间为60-90s,以清晰显示晶界，观察外壁、壁中及内壁的晶粒形态，测量并计算非等轴晶晶粒延伸度e值，再根据非等轴晶晶粒延伸度e值对锅炉管S30432的组织稳定性质量进行评级。
当出现均匀的等轴晶形态，晶粒度7-10级且级差≤3级，则为A级；
当出现含非等轴晶形态，晶粒延伸度e≥2，且含量＞10％，利用截点法计算晶粒度为7-10级，则为B级；
当出现均匀的等轴晶形态，晶粒度级差＞3级，双重晶粒度，则为C级；
3)对锅炉管S30432的高温性能质量进行评价；
步骤3)的具体操作为：
当锅炉管S30432满足室温性能质量等级为A级或B级，且组织稳定性质量等级B级的情况下，以锅炉管S30432的持久断裂性能为基础，检验锅炉管S30432的持久强度，再在220Mpa、230Mpa及240Mpa的应力条件，通过断裂时间判别持久性能；以锅炉管S30432抗氧化性为基础，检验锅炉管S30432内壁有效喷丸层的深度，根据显微硬度法进行测量，对抗蒸汽氧化性进行评价。
锅炉管S30432在实际应用中需要有良好的抗蒸汽氧化性，实际生产中采用喷丸的方式提高内壁抗氧化性，当锅炉管S30432室温性能质量等级，组织稳定性质量等级，及持久性能等级均不含C级时，即其他性能和组织均符合相关规定时，最终检验抗蒸汽氧化性，选取全壁厚环状试样进行试验(宽度15mm)，研磨抛光后，利用草酸电解法，选取4个方向不同位置，根据显微硬度法进行内壁有效喷丸层深度测量，分析试验数据，进行判定及程度等级划分。
当各位置有效喷丸层深度均≥60μm，则为A级；
当存在欠喷区域，有效喷丸层深度＜60μm，则为C+级；存在漏喷区域，硬度法显示靠近内壁显微硬度与基体相同，则为C-级。
4)根据锅炉管S30432的室温性能质量评价结果、组织稳定性质量评价结果及高温性能质量评价结果对锅炉管S30432的产品性能进行评价。
步骤4)的具体操作过程为：
将锅炉管S30432的室温性能质量评价结果S、组织稳定性质量评价结果Z及高温性能质量评价结果G进行累加，并根据累加结果对锅炉管S30432的产品性能X进行评价。
G包括G1及G2，G1为持久性能等级，G2为抗蒸汽氧化性能等级；当S、Z、G的质量等级中出现C级时，则X为C级；当S、Z及G质量等级中出现B级或A-级时，则X为B级；当S、Z、G质量等级中全部为A级时，则X为A级。
实施例一
实施例中奥氏体不锈钢锅炉管S30432钢管，供货态为固溶处理状态，化学成分为：
C:0.07-0.13，Si:≤0.30，Mn:≤1.00，Cr:17.00-19.00，B:0.0010-0.0100，Ni:7.50-10.50，Al:0.003-0.030，Cu:2.50-3.50，Nb:0.30-0.60，N:0.050-0.120，P:≤0.030，S:≤0.010。
本实施例的具体操作过程为：
1)室温性能质量评价
对于室温性能质量评价，主要评价指标有硬度、室温拉伸及室温冲击，奥氏体不锈钢锅炉管S30432规格为Φ44.5×7，硬度试样选取全壁厚环状试样(宽度20mm)，进行布氏硬度测试，压头直径为Φ2.5mm，试验力为1.839KN，硬度均匀，平均硬度为180HBW，符合GB/T5310-2017规定的150-219HBW的要求，且硬度分布均匀；拉伸试样沿纵向取全壁厚弧状试样(标准尺寸)，抗拉强度为662MPa，屈服强度为376MPa，断后伸长率为43％，符合GB/T 5310-2017的规定且强度均匀；冲击试样沿纵向取5×10×55mmV型冲击试样，冲击吸收能量为100J，性能均匀。根据大量实验数据积累及相关标准规定，分析数据，进行程度等级划分，得出S室温性能质量等级为A级。
2)组织稳定性质量评价
对于组织稳定性质量评价，主要评价指标有晶粒度，奥氏体不锈钢锅炉管S30432组织为奥氏体，选取全壁厚环状试样(宽度15mm)，研磨抛光，采用质量百分浓度为68％的浓硝酸电解侵蚀，其中，电流密度为1A/cm2，侵蚀时间为60s，清晰观察到奥氏体晶界及晶粒形态，为均匀的等轴晶，晶粒度级别为9.0级，得Z组织稳定性质量等级为A级。
3)高温性能质量评价
对于高温性能质量评价，结合室温性能及组织稳定性质量评价结果，奥氏体不锈钢锅炉管S30432，选取全壁厚环状试样(宽度15mm)进行试验，研磨抛光后，利用草酸电解法，选取4个方向不同位置，根据显微硬度法进行内壁有效喷丸层深度测量，结果显示有效喷丸层深度为90-110μm，得G高温性能质量等级为A级。
4)产品性能质量综合评价
综合分析室温性能、组织稳定性及高温性能质量评价结果，对产品性能质量进行综合评价，得X产品性能质量等级为A级。
实施例二
实施例中奥氏体不锈钢锅炉管S30432钢管，供货态为固溶处理状态，化学成分为：
C:0.07-0.13，Si:≤0.30，Mn:≤1.00，Cr:17.00-19.00，B:0.0010-0.0100，Ni:7.50-10.50，Al:0.003-0.030，Cu:2.50-3.50，Nb:0.30-0.60，N:0.050-0.120，P:≤0.030，S:≤0.010。
本实施例的具体操作过程为：
1)室温性能质量评价
对于室温性能质量评价，主要评价指标有硬度、室温拉伸、室温冲击，奥氏体不锈钢锅炉管S30432规格为Φ60×6.3，硬度试样选取全壁厚环状试样(宽度20mm)，进行布氏硬度测试，压头直径为Φ2.5mm，试验力为1.839KN，硬度均匀，平均硬度为190HBW，符合GB/T5310-2017规定的150-219HBW的要求，且硬度分布均匀；拉伸试样沿纵向取全壁厚弧状试样(标准尺寸)，抗拉强度为664MPa，屈服强度为392MPa，断后伸长率为43％，符合GB/T 5310-2017的规定且强度均匀；由于壁厚较薄冲击试样尺寸不够，即可不做，根据大量实验数据积累及相关标准规定，分析数据，进行程度等级划分，得S室温性能质量等级为A级。
2)组织稳定性质量评价
对于组织稳定性质量评价，主要评价指标为晶粒度，奥氏体不锈钢锅炉管S30432组织为奥氏体，选取全壁厚环状试样(宽度15mm)，研磨抛光，采用质量百分数为68％的浓硝酸电解侵蚀，其中，电流密度为1A/cm2，侵蚀时间为60s，清晰观察到奥氏体晶界和晶粒形态，存在拉长变形的条带形态组织(非等轴晶组织)，含量为15％，晶粒延伸度e值为2，晶粒度级别为9.0-9.5级，得Z组织稳定性质量等级为B级。
3)高温性能质量评价
对于高温性能质量评价，结合室温性能及组织稳定性质量评价结果，奥氏体不锈钢锅炉管S30432，需要取板状持久试样对持久强度进行检验，设计应力条件为220Mpa、230Mpa及240Mpa，对应的断裂时间分别为1130.8h、837.9h及552.3h，不满足对应应力下预计断裂时间，记为C级，得G高温性能质量等级为C级。
4)产品性能质量综合评价
综合分析室温性能、组织稳定性及高温性能质量评价结果，对产品性能质量进行综合评价，得出X产品性能质量等级为C级。
Claims (7)
1.一种用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对锅炉管S30432的室温性能质量进行评价；
2)对锅炉管S30432的组织稳定性质量进行评价；
3)对锅炉管S30432的高温性能质量进行评价；
4)根据锅炉管S30432的室温性能质量评价结果、组织稳定性质量评价结果及高温性能质量评价结果对锅炉管S30432的产品性能进行评价。
2.根据权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法，其特征在于，步骤1)的具体操作过程为：
对锅炉管S30432进行硬度、拉伸及冲击性能测试。
3.根据权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法，其特征在于，硬度测试时使用的试样为全壁厚环状试样，硬度测试时选取的各测试位置沿全壁厚环状试样的不同方向设置；
拉伸测试时使用的试样为在锅炉管S30432沿纵向选取的全壁厚弧状试样；
冲击测试时使用的试样为在锅炉管S30432沿纵向选取的V型冲击试样。
4.根据权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法，其特征在于，
当锅炉管S30432的硬度、拉伸及冲击性能测试数据均在标准规定范围内，且数据分布均匀时，则为A级；
当锅炉管S30432硬度、拉伸及冲击性能测试数据均在标准规定范围内，且数据分布不均匀时，则为B级；
当锅炉管S30432硬度、拉伸及冲击性能测试数据不均在标准规定范围内时，则为C级。
5.根据权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法，其特征在于，步骤2)的具体操作为：
锅炉管S30432的金相组织为奥氏体，选取全壁厚环状试样，研磨抛光后采用质量百分浓度为68％的浓硝酸进行电解侵蚀，其中，电流密度为1A/cm2,侵蚀时间为60-90s,以清晰显示晶界，观察外壁、壁中及内壁的晶粒形态，测量并计算非等轴晶晶粒延伸度e值，再根据非等轴晶晶粒延伸度e值对锅炉管S30432的组织稳定性质量进行评级。
6.根据权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法，其特征在于，步骤3)的具体操作过程为：
以锅炉管S30432的持久断裂性能为基础，检验锅炉管S30432的持久强度，再在220Mpa、230Mpa及240Mpa的应力条件，通过断裂时间判别持久性能；
以锅炉管S30432抗氧化性为基础，检验锅炉管S30432内壁有效喷丸层的深度，根据显微硬度法进行测量，对抗蒸汽氧化性进行评价。
7.根据权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢锅炉管S30432产品性能的评价方法，其特征在于，将锅炉管S30432的室温性能质量评价结果、组织稳定性质量评价结果及高温性能质量评价结果进行累加，并根据累加结果对锅炉管S30432的产品性能进行评价。
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Cited By (1)
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| CN115240291A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-10-25 | 西安热工研究院有限公司 | 一种fb2转子锻件制造质量分级方法 |
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| CN112504799A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-16 | 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 | 一种奥氏体耐热钢管内壁喷丸层深度的检测方法 |
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