CN115326796A - 判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法及应用 - Google Patents

判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法及应用 Download PDF

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CN115326796A CN202210706016.9A CN202210706016A CN115326796A CN 115326796 A CN115326796 A CN 115326796A CN 202210706016 A CN202210706016 A CN 202210706016A CN 115326796 A CN115326796 A CN 115326796A
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Abstract

本发明涉及钢材料检测技术领域，公开了一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法及应用，切取供货态Super304H钢管金相试样进行显微组织观察，测定钢管横截面的显微硬度，将金相试样短时固溶后进行显微组织观察，如果试样出现外壁区域硬度异常高，且该区域在随后的短时固溶中晶粒长大明显，则代表该钢管外壁区域在实际的长期高温服役中也会发生晶粒的异常长大行为；反之则不会。本发明的有益效果在于：通过短时固溶模拟供货态Super304H钢管在实际长期高温服役中晶粒生长情况，并结合硬度分布情况，提前判定长时服役后是否会出现粗晶，方法简便可行，可规避长期服役后粗晶区带来的胀管、爆管风险，为超超临界机组金属监督与管理维护提供借鉴。

Description

判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾 向的方法及应用
技术领域
本发明涉及钢材料检测技术领域，尤其涉及一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法及应用。
背景技术
近年来，发展超超临界发电技术是目前提高火电机组化石能源利用率和减少排放量的最有效措施之一。 Super304H耐热钢是在TP304H基础上改良得到的新型耐热钢，高温服役过程中富Cu 相、M23C6、MX(Nb(C,N)、NbCrN)等第二相的析出产生显著强化作用，大大提高该钢的组织稳定性和高温力学性能，600MW以上超(超)临界机组大量使用Super304H耐热钢作为高温过热器、再热器管材料。
Super304H耐热钢因其优异的组织稳定性和高温力学性能成为超(超)临界机组末级过热器和末级再热器的首选材料。但是，近年来国内一些电厂对在役Super304H耐热钢管的例行理化检验及部分爆管事故分析发现管材外壁出现异常粗大晶粒的现象。基于金属学理论可知，伴随着奥氏体晶粒的异常长大，晶界逐渐宽化，产生微裂纹，耐热钢强度将大幅降低，甚至诱发钢管胀管甚至爆裂；同时组织老化也将趋于严重，服役寿命明显降低，对机组的稳定运行构成严重威胁。
Super304H供货态钢管经过轧制变形，其变形程度不均匀，外壁区域具有更高的位错密度，残余应力更大，而远离外壁的其他区域表现出均匀的低畸变状态。当外壁不均匀的畸变足够大就会使钢管长期服役过程中外壁区域应力诱发晶界迁移，逐步生成大晶粒，进而影响钢管性能；但其他区域由于缺乏足够的驱动力，始终保持与供货态相当的晶粒尺寸。即当供货态钢管外壁不均匀的畸变超过临界值时，外壁区域具备晶粒持续长大的条件，最终在长期的高温服役过程中，这些晶粒不断吞噬周围晶粒，形成大晶粒。
然而，现有技术不能通过简便方法判断供货态钢管在长时高温服役后是否会发生晶粒异常长大现象，难以规避长期服役后粗晶区带来的胀管、爆管风险，缺乏为超超临界机组金属监督与管理维护提供技术保障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何通过简便可行手段提前判定供货态Super304H 钢管长时服役后是否出现粗晶，可规避长期服役后粗晶区带来的胀管、爆管风险，对Super304H耐热钢管的安全服役具有重要意义。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
本发明第一方面提出一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法，包括以下步骤：
(1)通过对供货态Super304H钢管切取金相试样，进行显微组织观察，观察全壁晶粒状况；
(2)沿着金相试样内壁至外壁方向每隔1mm，对钢管的横截面进行显微硬度测定，观察硬度分布是否均匀，判断不同部位残余应力的分布情况；
(3)将金相试样在1100℃下保温5min，以进行短时固溶处理，取出水冷后进行显微组织观察，观察外壁区域是否出现异常长大的晶粒；如果试样出现外壁区域硬度异常高，且该区域在随后的短时固溶处理后晶粒长大明显，则代表该钢管的外壁区域在实际的长期高温服役中也会发生晶粒的异常长大行为；反之，钢管外壁则不会出现晶粒的异常长大。
有益效果：本申请先对供货态Super304H钢管金相试样进行显微组织观察，观察试样全壁晶粒状况，然后对晶粒细小均匀的供货态Super304H钢管进行显微硬度测定和短时固溶处理，并对短时固溶处理后的金相试样外壁进行显微组织观察；如果试样出现外壁区域硬度异常高，代表外壁残余应力大，且该区域在随后的短时固溶处理后晶粒长大明显，则代表该钢管外壁区域在实际的长期高温服役中也会发生晶粒的异常长大行为；反之，外壁区域则不会出现晶粒的异常长大。
优选的，所述步骤(1)中切取金相试样的尺寸为10mm×10mm×壁厚。
优选的，所述步骤(2)中的硬度测试参照GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》，加载载荷200g、保压时间10s。
优选的，所述步骤(1)、(3)中试样在显微组织观察前，先对钢管横截面进行打磨、抛光、王水腐蚀处理。
优选的，所述打磨操作为采用240、600、1000、1500目砂纸依次对钢管横截面进行打磨。
优选的，所述步骤(1)、(3)中显微组织观察时，测量晶粒度的方法采用GB/T 63942017《金属平均晶粒度测定方法》的对比法、截点法或面积法。
优选的，所述步骤(3)中的短时固溶处理在电阻炉中进行。
优选的，所述的判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法，具体包括以下步骤：
(1)取样：利用线切割对供货态Super304H钢管切取块状金相试样，试样尺寸为10mm×10mm×壁厚；
(2)金相观察：用240、600、1000、1500目砂纸对钢管试样的横截面依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察；
(3)硬度测定：参照GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》，在加载载荷200g、保压时间10s的条件下，每隔1mm测定钢管试样从内壁至外壁的硬度值；
(4)短时固溶：电阻炉温度设置为1100℃，待温度升至1100℃时将试样放入，保温5min，取出水冷；
(5)金相观察：对短时固溶后的试样横截面用240、600、1000、1500目砂纸依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察。
本发明第二方面提出一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法在电厂中的应用。
优选的，所述判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法在电厂中的应用，包括以下步骤：
(1)取样：分别切取电厂服役四万小时的Super304H钢管、同批次未投入服役的供货态Super304H钢管的金相试样；
(2)金相观察：用240、600、1000、1500目砂纸分别对两种钢管的横截面均依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察；
(3)硬度测定：参照GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》，在加载载荷200g、保压时间10s的条件下，每隔1mm测定供货态Super304H钢管试样从内壁至外壁的硬度值；
(4)短时固溶：电阻炉温度设置为1100℃，待温度升至1100℃时将供货态Super304H 钢管试样放入，保温5min，取出水冷；
(5)金相观察：对短时固溶后的供货态Super304H钢管试样横截面用240、600、1000、 1500目砂纸依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察；
(6)判断：观察到短时固溶后供货态Super304H钢管与电厂服役四万小时Super304H 钢管的晶粒组织状态相似。
有益效果：本申请通过对供货态Super304H钢管在1100℃下保温5min进行短时固溶，以模拟其在实际的长期高温服役中晶粒生长情况，并结合横截面不同部位残余应力的分布情况，提前判定供货态Super304H钢管长时服役后是否会出现粗晶；通过与同批次实际投入长期高温服役的Super304H钢管的晶粒对比可知，两者晶粒组织状态相似，表明本申请的判断方法简便可行手段，可规避长期服役后粗晶区带来的胀管、爆管风险，为Super304H钢管的安全服役提供技术支持，为超超临界机组金属监督与管理维护提供借鉴。
本发明的优点在于：
1.本申请先对供货态Super304H钢管金相试样进行显微组织观察，观察试样全壁晶粒状况，然后对晶粒细小均匀的供货态Super304H钢管进行显微硬度测定和短时固溶处理，并对短时固溶处理后的金相试样外壁进行显微组织观察；如果试样出现外壁区域硬度异常高，代表外壁残余应力大，且该区域在随后的短时固溶处理后晶粒长大明显，则代表该钢管外壁区域在实际的长期高温服役中也会发生晶粒的异常长大行为；反之，外壁区域则不会出现晶粒的异常长大；
2.本申请通过对供货态Super304H钢管在1100℃下保温5min进行短时固溶，以模拟其在实际的长期高温服役中晶粒生长情况，并结合横截面不同部位残余应力的分布情况，提前判定供货态Super304H钢管长时服役后是否会出现粗晶；与同批次实际投入长期高温服役的Super304H钢管的晶粒对比可知，两者晶粒组织状态相似，表明本申请的判断方法简便可行手段，可规避长期服役后粗晶区带来的胀管、爆管风险，为Super304H 钢管的安全服役提供技术支持，为超超临界机组金属监督与管理维护提供借鉴。
附图说明
图1为本申请实施例1中购于A厂供货态Super304H钢管的金相照片。
图2为本申请实施例1中购于A厂供货态Super304H钢管的硬度测定结果。
图3为本申请实施例1中购于A厂供货态Super304H钢管短时固溶后的金相照片。
图4为本申请实施例2中购于B厂供货态Super304H钢管的金相照片。
图5为本申请实施例2中购于B厂供货态Super304H钢管的硬度测定结果。
图6为本申请实施例2中购于B厂供货态Super304H钢管短时固溶后的金相照片。
图7为本申请实施例3中C电厂服役四万小时的Super304H钢管的金相照片。
图8为本申请实施例3中C电厂供货态Super304H钢管的金相照片。
图9为本申请实施例3中C电厂供货态Super304H钢管的硬度测定结果。
图10为本申请实施例3中C电厂供货态Super304H钢管短时固溶后的金相照片。
图11为本申请实施例4中D电厂服役四万小时的Super304H钢管的金相照片。
图12为本申请实施例4中D电厂供货态Super304H钢管的金相照片。
图13为本申请实施例4中D电厂供货态Super304H钢管的硬度测定结果。
图14为本申请实施例4中D电厂供货态Super304H钢管短时固溶后的金相照片。
图15为本申请对比例1中C电厂供货态Super304H钢管短时固溶后的金相照片。
图16为本申请对比例2中C电厂供货态Super304H钢管短时固溶后的金相照片。
图17为本申请对比例3中C电厂供货态Super304H钢管短时固溶后的金相照片。
图18为本申请对比例4中C电厂供货态Super304H钢管短时固溶后的金相照片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
本实施例提供一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法，包括以下步骤：
(1)取样：以购于A厂未投入服役的Super304H钢管为研究对象，称为供货态Super304H钢管。利用线切割对供货态Super304H钢管切取块状金相试样，试样尺寸为 10mm×10mm×壁厚。
(2)金相观察：用240、600、1000、1500目砂纸对钢管试样的横截面依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行全壁显微组织观察，其中王水为浓盐酸和浓硝酸按体积比为3:1配制的混合物。
显微观察结果如图1所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，可见试样的全壁晶粒细小，且外壁区域与其他区域未见明显组织差异。采用GB/T 6394 2017《金属平均晶粒度测定方法》的对比法、截点法或面积法测量晶粒度，测定的试样全壁晶粒度为7-10级。GB/T 5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》中要求10Cr18Ni9NbCu3BN(即 Super304H)成品钢管的晶粒度为7-10级，则购于A厂的供货态Super304H钢管满足国家标准的要求。
(3)硬度测定：GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》，在加载载荷200g、保压时间10s的条件下，沿着金相试样内壁至外壁方向每隔1mm，对钢管的横截面进行显微硬度测定。
硬度测定结果如图2所示，可见硬度值沿内壁至外壁方向过渡相对平稳，波动不大，未见局部区域硬度的异常激增现象，且均小于205HV，表明购于A厂的供货态 Super304H钢管的组织均匀性较好。
(4)短时固溶：电阻炉温度设置为1100℃，待温度升至1100℃时将试样放入，保温5min，取出水冷。
(5)金相观察：对短时固溶处理后的试样横截面用240、600、1000、1500目砂纸依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察。
短时固溶后试样显微观察结果如图3所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，可见短时固溶后试样各区域未见晶粒的异常长大现象，且测定的晶粒度为7-10级，满足国家标准的要求。结合步骤(3)的硬度测定结果，该试样的组织均匀性较好，经短时固溶处理后也未发生晶粒的异常长大行为，表明购于A厂的供货态Super304H钢管若长期服役，将不会出现晶粒的异常长大现象，可正常投入使用。
实施例2
本实施例提供一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法，包括以下步骤：
(1)取样：以购于B厂未投入服役的Super304H钢管为研究对象，称为供货态Super304H钢管。利用线切割对供货态Super304H钢管切取块状金相试样，试样尺寸为 10mm×10mm×壁厚。
(2)金相观察：用240、600、1000、1500目砂纸对钢管试样的横截面依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行全壁显微组织观察，其中王水为浓盐酸和浓硝酸按体积比为3:1配制的混合物。
显微观察结果如图4所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，可见试样的全壁晶粒细小，但外壁区域发现一定变形孪晶组织，而其他区域未见该特征。试样的变形孪晶组织表明其外壁区域轧制变形大，残余应力更大，而测定的晶粒度为7-10级，则购于B厂的供货态Super304H钢管满足GB/T 5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》的要求。
(3)硬度测定：GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》，在加载载荷200g、保压时间10s的条件下，沿着金相试样内壁至外壁方向每隔1mm，对钢管的横截面进行显微硬度测定。
硬度测定结果如图5所示，可见硬度波动大，在靠近外壁区域，出现硬度激增现象，超过250HV；而在其他区域，硬度值均低于215HV，说明购于B厂的供货态Super304H 钢管存在显著的组织不均现象。
(4)短时固溶：电阻炉温度设置为1100℃，待温度升至1100℃时将试样放入，保温5min，取出水冷。
(5)金相观察：对短时固溶后的试样横截面用240、600、1000、1500目砂纸依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察。
短时固溶后试样显微观察结果如图6所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，可见试样外壁区域发生晶粒粗大现象，且粗晶区厚度可达约2mm，晶粒度为2-4级，已经不满足GB/T 5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》的要求。结合步骤(3)的硬度测定结果，该试样存在显著的组织不均现象，经短时固溶处理后管道外壁区域存在晶粒异常长大行为，表明购于B厂的供货态Super304H钢管虽然满足GB/T 5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》的要求，但若长期服役，将会出现晶粒的异常长大现象，不能正常投入使用。
实施例3
本实施例提供一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法在电厂中的应用，包括以下步骤：
(1)取样：分别切取C电厂服役四万小时的Super304H钢管、同批次未投入服役的供货态Super304H钢管的金相试样，试样尺寸为10mm×10mm×壁厚。
(2)金相观察：用240、600、1000、1500目砂纸分别对两种钢管的横截面均依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察。
C电厂服役四万小时的Super304H钢管显微观察结果如图7所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，可见管道外壁区域存在晶粒异常长大行为，而其他区域保持晶粒细小状态；且粗晶区厚度可达约2mm，测定的晶粒度为2-4级，已经不满足GB/T 5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》的要求。
同批次未投入服役的供货态Super304H钢管显微观察结果如图8所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，可见试样的全壁晶粒细小，但外壁区域发现一定变形孪晶组织，而其他区域未见该特征。试样的变形孪晶组织表明其外壁区域轧制变形大，残余应力更大，但经测定晶粒度为7-10级，满足GB/T 5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》的要求。
(3)硬度测定：GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》，在加载载荷200g、保压时间10s的条件下，沿着金相试样内壁至外壁方向每隔1mm，对供货态Super304H钢管的横截面进行显微硬度测定。
供货态Super304H钢管的硬度测定结果如图9所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，可见硬度波动大，在靠近外壁区域，出现硬度激增现象，超过250HV，而在其他区域，硬度值均低于205HV，说明C电厂购买的供货态Super304H钢管存在显著的组织不均现象。
(4)短时固溶：电阻炉温度设置为1100℃，待温度升至1100℃时将供货态Super304H 钢管试样放入，保温5min，取出水冷。
(5)金相观察：对短时固溶后的供货态Super304H钢管试样横截面用240、600、1000、 1500目砂纸依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察。
(6)判断：短时固溶处理后试样显微观察结果如图10所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，对比图7、图10可知，短时固溶处理后试样外壁区域发生晶粒粗大现象，粗晶区厚度可达约2mm，测定的晶粒度为2-4级，与长时服役后的服役态钢管外壁粗晶组织相似；而在其他区域，晶粒保持细小，与服役态其他区域相似，表明采用本方法对供货态Super304H钢管进行短时固溶，可以很好的模拟其在实际的长期高温服役中晶粒生长情况，方法简便可行。
结合步骤(3)的硬度测定结果，该供货态Super304H钢管存在显著的组织不均现象，表明C电厂购买的供货态Super304H钢管虽然满足GB/T 5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》的要求，但若长期服役，粗晶区易带来的胀管、爆管风险，需及时进行检修更换。
实施例4
本实施例提供一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法在电厂中的应用，包括以下步骤：
(1)取样：分别切取D电厂服役四万小时的Super304H钢管、同批次未投入服役的供货态Super304H钢管的金相试样，试样尺寸为10mm×10mm×壁厚。
(2)金相观察：用240、600、1000、1500目砂纸分别对两种钢管的横截面均依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察。
D电厂服役四万小时的Super304H钢管显微观察结果如图11所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，可见管道全壁晶粒保持细小水平，测定的晶粒度为7-10级，且未见大范围粗晶区，满足GB/T 5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》的要求。
同批次未投入服役的供货态Super304H钢管显微观察结果如图12所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，可见全壁晶粒细小，外壁区域与其他区域未见明显组织差异，经测定晶粒度为7-10级，满足GB/T 5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》的要求。
(3)硬度测定：参照GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》，在加载载荷200g、保压时间10s的条件下，沿着金相试样内壁至外壁方向每隔1mm，对供货态Super304H钢管的横横截面进行显微硬度测定。
供货态Super304H钢管的硬度测定结果如图13所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，可见硬度值沿内壁至外壁方向过渡相对平稳，波动不大，未见局部区域硬度的异常激增现象，且均小于210HV，说明D电厂购买的供货态Super304H钢管的组织均匀性较好。
(4)短时固溶：电阻炉温度设置为1100℃，待温度升至1100℃时将供货态Super304H 钢管试样放入，保温5min，取出水冷。
(5)金相观察：对短时固溶后的供货态Super304H钢管试样横截面用240、600、1000、 1500目砂纸依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察。
(6)判断：短时固溶处理后试样显微观察结果如图14所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，对比图11、图14可知，短时固溶处理后试样外壁及各区域未见晶粒的异常长大现象，与长时服役后的服役态钢管相似，表明采用本方法对供货态Super304H 钢管进行短时固溶处理，可以很好的模拟其在实际的长期高温服役中晶粒生长情况，方法简便可行。
结合步骤(3)的硬度测定结果，该供货态Super304H钢管的组织均匀性较好，表明D电厂购买的供货态Super304H钢管长期服役不易发生胀管、爆管风险，可正常投入使用。
对比例1
本对比例提供一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法在电厂中的应用，其与实施例3的区别在于：步骤(4)中对供货态Super304H钢管短时固溶的温度为1050℃，时间为5min，其他操作同实施例3。
本对比例短时固溶后试样显微观察结果如图15所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，从图中可以看出短时固溶处理后试样外壁区域发生晶粒粗大现象，粗晶区厚度不到0.5mm；而长时服役后试样外壁区域粗晶区厚度可达约2mm，测定的晶粒度为2-4级，即本对比例短时固溶后试样与长时服役后的服役态钢管外壁组织相似度较差。表明采用本实施例中1100℃下保温5min的短时固溶条件对供货态Super304H钢管进行处理，模拟其在实际的长期高温服役中晶粒生长情况时更为可靠。
对比例2
本对比例提供一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法在电厂中的应用，其与实施例3的区别在于：步骤(4)中对供货态Super304H钢管短时固溶的温度为1050℃，时间为10min，其他操作同实施例3。
本对比例短时固溶处理后试样显微观察结果如图16所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，从图中可以看出短时固溶处理后试样外壁区域发生晶粒粗大现象，粗晶区厚度不到0.5mm；而长时服役后试样外壁区域粗晶区厚度可达约2mm，测定的晶粒度为2-4级，即本对比例短时固溶后试样与长时服役后的服役态钢管外壁组织相似度较差。表明采用本实施例中1100℃下保温5min的短时固溶条件对供货态Super304H 钢管进行处理，模拟其在实际的长期高温服役中晶粒生长情况时更为可靠。
对比例3
本对比例提供一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法在电厂中的应用，其与实施例3的区别在于：步骤(4)中对供货态Super304H钢管短时固溶的温度为1100℃，时间为10min，其他操作同实施例3。
本对比例短时固溶处理后试样显微观察结果如图17所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，从图中可以看出短时固溶处理后试样全壁区域发生晶粒粗大现象，而长时服役后试样外壁区域粗晶区厚度可达约2mm，测定的晶粒度为2-4级，即本对比例短时固溶后试样与长时服役后的服役态钢管外壁及其他区域组织差别巨大。表明采用本实施例中1100℃下保温5min的短时固溶条件对供货态Super304H钢管进行处理，模拟其在实际的长期高温服役中晶粒生长情况时更为可靠。
对比例4
本对比例提供一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法在电厂中的应用，其与实施例3的区别在于：步骤(4)中对供货态Super304H钢管短时固溶的温度为1150℃，时间为5min，其他操作同实施例3。
本对比例短时固溶处理后试样显微观察结果如图18所示(图中a表示外壁区域、b表示其他区域)，从图中可以看出短时固溶处理后试样全壁区域发生晶粒粗大现象；而长时服役后试样外壁区域粗晶区厚度可达约2mm，测定的晶粒度为2-4级，即本对比例短时固溶后试样与长时服役后的服役态钢管外壁及其他区域组织差别巨大，表明采用本实施例中1100℃下保温5min的短时固溶条件对供货态Super304H钢管进行处理，模拟其在实际的长期高温服役中晶粒生长情况时更为可靠。
本申请的实施原理为：本申请先对供货态Super304H钢管金相试样进行显微组织观察，观察试样全壁晶粒状况，然后对晶粒细小均匀的供货态Super304H钢管进行显微硬度测定和短时固溶，并对短时固溶后的金相试样外壁进行显微组织观察；如果试样出现外壁区域硬度异常高，且该区域在随后的短时固溶中晶粒长大明显，则代表该钢管在实际的长期高温服役中也会发生晶粒的异常长大行为；反之则不会出现晶粒的异常长大。
本申请通过对供货态Super304H钢管在1100℃下保温5min进行短时固溶，以模拟其在实际的长期高温服役中晶粒生长情况，并结合横截面不同部位残余应力的分布情况，提前判定供货态Super304H钢管长时服役后是否会出现粗晶；与同批次实际投入长期高温服役的Super304H钢管的晶粒对比可知，两者晶粒组织状态相似，表明本申请的判断方法简便可行手段，可规避长期服役后粗晶区带来的胀管、爆管风险，为Super304H 钢管的安全服役提供技术支持，为超超临界机组金属监督与管理维护提供借鉴。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)通过对供货态Super304H钢管切取金相试样，进行显微组织观察，观察全壁晶粒状况；
(2)沿着金相试样内壁至外壁方向每隔1mm，对钢管的横截面进行显微硬度测定，观察硬度分布是否均匀，判断不同部位残余应力的分布情况；
(3)将金相试样在1100℃下保温5min，以进行短时固溶处理，取出水冷后进行显微组织观察，观察外壁区域是否出现异常长大的晶粒；如果试样出现外壁区域硬度异常高，且该区域在随后的短时固溶处理后晶粒长大明显，则代表该钢管的外壁区域在实际的长期高温服役中也会发生晶粒的异常长大行为；反之，钢管外壁则不会出现晶粒的异常长大。
2.根据权利要求1所述的判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法，其特征在于：所述步骤(1)中切取金相试样的尺寸为10mm×10mm×壁厚。
3.根据权利要求1所述的判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的硬度测试参照GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》，加载载荷200g、保压时间10s。
4.根据权利要求1所述的判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法，其特征在于：所述步骤(1)、(3)中试样在显微组织观察前，先对钢管横截面进行打磨、抛光、王水腐蚀处理。
5.根据权利要求4所述的判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法，其特征在于：所述打磨操作为采用240、600、1000、1500目砂纸依次对钢管横截面进行打磨。
6.根据权利要求1所述的判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法，其特征在于：所述步骤(1)、(3)中显微组织观察时，测量晶粒度的方法采用GB/T6394 2017《金属平均晶粒度测定方法》的对比法、截点法或面积法。
7.根据权利要求1所述的判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的短时固溶处理在电阻炉中进行。
8.根据权利要求1-7任一项所述的判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)取样：利用线切割对供货态Super304H钢管切取块状金相试样，试样尺寸为10mm×10mm×壁厚；
(2)金相观察：用240、600、1000、1500目砂纸对钢管试样的横截面依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察；
(3)硬度测定：参照GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》，在加载载荷200g、保压时间10s的条件下，每隔1mm测定钢管试样从内壁至外壁的硬度值；
(4)短时固溶：电阻炉温度设置为1100℃，待温度升至1100℃时将试样放入，保温5min，取出水冷；
(5)金相观察：对短时固溶后的试样横截面用240、600、1000、1500目砂纸依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察。
9.如权利要求1-7任一项所述的判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法在电厂中的应用。
10.根据权利要求9所述的判断供货态Super304H钢管高温长时服役下晶粒异常长大倾向的方法在电厂中的应用，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取样：分别切取电厂服役四万小时的Super304H钢管、同批次未投入服役的供货态Super304H钢管的金相试样；
(2)金相观察：用240、600、1000、1500目砂纸分别对两种钢管的横截面均依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察；
(3)硬度测定：参照GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》，在加载载荷200g、保压时间10s的条件下，每隔1mm测定供货态Super304H钢管试样从内壁至外壁的硬度值；
(4)短时固溶：电阻炉温度设置为1100℃，待温度升至1100℃时将供货态Super304H钢管试样放入，保温5min，取出水冷；
(5)金相观察：对短时固溶后的供货态Super304H钢管试样横截面用240、600、1000、1500目砂纸依次打磨后进行抛光处理，随后使用王水腐蚀，并于显微镜下进行显微组织观察；
(6)判断：观察到短时固溶后供货态Super304H钢管与电厂服役四万小时Super304H钢管的晶粒组织状态相似。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115683905A (zh) * 2022-12-09 2023-02-03 广东大鹏液化天然气有限公司 一种长输气管道划伤本体所致裂纹的检测修复方法和系统

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