2011监督会议-低硬度P91钢

null低硬度P91钢主蒸汽管道安全性能研究与评价低硬度P91钢主蒸汽管道安全性能研究与评价 华北电力科学研究院有限责任公司 蔡文河一、问的提出一、问题的提出1、P91钢蒸汽管道的主要问题： （直管、弯头、弯管等管件） -金相组织不合格、母材硬度低 ； -焊缝硬度高； ASME:硬度≤250HB：控制韧性 DL/T438:硬度≥180HB：控制强度 焊缝≤270HB一、问题的提出一、问题的提出-金相组织不合格：马氏体板条消失； 出现铁素体； 一、问题的提出一、问题的提出-硬度偏低： 140-160HB、 160-180HB (HBHLD) 表面硬度偏低； 整体硬度偏低； 周向硬度分布不均，且低； 径向硬度分布不均，且低； 经热加工的管件弯曲部分硬度偏低； 一、问题的提出一、问题的提出2、测试方法 台式布氏硬度计：精度高，测量准确 （可溯源） 便携里氏硬度计：里氏值精度高 问题的出现：数据转换，直读不准，换算也不准 一、问题的提出一、问题的提出GB/T13794-1998《金属里氏硬度试验方法》 的要求： -测试对象为低碳钢、低合金钢和铸钢，超出这些材料的范围应进行对比试验，找出对应关系 -应尽量避免将里氏硬度换算成其他硬度 -应在里氏硬度符号之前附以相应的硬度符号（200HBHLD）二、低硬度对比试验二、低硬度对比试验 -大量现场试验已经表明，用里氏硬度计测量的硬度值与实验室用台式硬度计的测量值存在一定的偏差。 -要得到实际的硬度值，就要进行对比试验 -用便携式里氏硬度计测量的里氏硬度值经换算表或者仪器的HBHLD值要比台式布氏硬度计测量的HB值小20HB左右 GB/T17394中的数据换算表画出的 HLD与HBHLD的换算曲线 台式硬度计对P91直测HB值与里氏硬度计直测HLD值的对比关系曲线 台式硬度HB与里氏硬度计直读HLD之间的换算表 台式硬度HB与里氏硬度计直读HLD之间的换算表 二、低硬度对比试验二、低硬度对比试验-结论： 160HBHLD（450HLD）左右的P91钢，其布氏硬度应为180HB； 140HBHLD（425HLD）左右的P91钢，其布氏硬度应为160HB。三、低硬度P91的性能三、低硬度P91的性能P91钢硬度值为160HB/140HBHLD（425HLD）左右的力学性能 P91钢硬度值为180HB/ 160HBHLD（450HLD）左右的力学性能 160HB/140HBHLD（425HLD）左右的力学性能 160HB/140HBHLD（425HLD）左右的力学性能 160HB/140HBHLD（425HLD）P91钢力学性能与相关数据对比下降结果 160HB/140HBHLD（425HLD）P91钢力学性能与相关数据对比下降结果 180HB/ 160HBHLD（450HLD）左右的力学性能 硬度值为180HB/160HBHLD（450HLD）P91钢力学性能与相关数据对比结果 硬度值为180HB/160HBHLD（450HLD）P91钢力学性能与相关数据对比结果 四、力学性能与硬度的关系四、力学性能与硬度的关系 硬度值与室温短时力学性能的对应关系 四、力学性能与硬度的关系四、力学性能与硬度的关系 硬度值与540℃短时力学性能的对应关系 四、力学性能与硬度的关系四、力学性能与硬度的关系 硬度值与566℃短时力学性能的对应关系 四、力学性能与硬度的关系四、力学性能与硬度的关系-主要结论： 1 、180HBW以上下降较平缓； 2、160-180HBW之间，下降速度加快； 3、屈服强度较抗拉强度下降更快。 五、持久强度五、持久强度 五、持久强度五、持久强度 依据现阶段试验结果外推的100000h持久强度（MPa） 五、持久强度五、持久强度 硬度值与持久强度的对应关系 五、持久强度五、持久强度-主要结论： 1、硬度在180HBW以上，机组可以保证安全运行； 2、硬度在160HBW-180HBW以下，机组安全运行受到一定影响，要进行校核，计算残余寿命； 3、硬度在160HBW以下，难于保证安全运行，及时进行更换。六、强度校核举例六、强度校核举例 -四种机组的P91钢蒸汽管道参数六、强度校核举例六、强度校核举例-校核前提条件: 1、本项目在540℃和566℃条件下对P91钢进行持久强度试验； 2、持久强度随着硬度的降低，持久强度也降低，其持久强度曲线基本上平行； 3、由于温度差较小，对于不同温度下蒸汽管道的强度核算，采用与540℃和566℃条件下P91钢持久强度曲线平行移动的修正曲线进行核算； 4、150HBW硬度P91钢的10万小时的持久强度以160HBW和180HBW的实测持久强度线性外推而得 。六、强度校核举例六、强度校核举例与540℃和566℃接近的545℃、571℃、580℃下P91钢持久强度修正曲线的线性方程 六、强度校核举例六、强度校核举例六、强度校核举例六、强度校核举例 六、强度校核举例六、强度校核举例六、强度校核举例六、强度校核举例-主要结论： 1、对于亚临界机组编号A的P91蒸汽管道，硬度为160HBW的残余寿命为5万小时，安全运行1个大修周期是没有问题的，但不能保证长期稳定的安全运行。 2、对于超临界机组编号为B，硬度为160HBW的蒸汽管道，如果按566℃进行核算，其残余寿命为8万小时，按571℃ 核算，其残余寿命为4.5万小时。也可以安全运行1个大修周期，但不能保证长期稳定的安全运行，这是由于取1.2倍的安全系数的缘故 。要按1.5倍选取安全系数，其寿命均不到1万小时。六、强度校核举例六、强度校核举例3、对于硬度低于160HBW的P91 钢蒸汽管道，如硬度为150HBW情况下，对于编号为C、D的参数的P91钢，其残余寿命几近为零，对于运行的管道应立即进行更换。 4、对于编号为C’的燃气机组的主汽管道，如硬度在160HBW，按1.2倍选取安全系数时，其寿命明显提高。 5、对于编号为D’的燃气机组的再热热段，如硬度在160HBW，虽然压力不高，但温度在580℃，温度的影响明显加大，按1.5倍安全系数考虑，其均不能满足安全的要求，按1.2倍选取安全系数，其寿命也只在1万小时，也应进行更换。六、强度校核举例六、强度校核举例 总之，在低硬度的P91的强度校核中，应根据具体参数，按照本项目所进行持久强度试验提供的参数进行计算，来考察其寿命状态。七、结束语七、结束语1 、直接用现场里氏硬度计对P91钢进行硬度测试，读出的布氏硬度值与实际布氏硬度计测试的硬度值存在较大偏差，比实际布氏硬度值要小。在实际应用中要根据对比试验结果进行换算，给出的P91在低硬度区域的换算关系可以指导硬度测试工作。 2 、造成P91钢硬度偏低的原因是由于回火温度过高导致的。经过P91钢的对比试验，得出用便携式里氏硬度计测量里氏硬度值450HLD（160HBHLD），其对应的布氏硬度为180HB；425HLD（140HBHLD），其对应的布氏硬度为160HB。 七、结束语七、结束语3 、里氏硬度值为160HB/140HBHLD（425HLD）的P91钢力学性能大幅度下降，持久强度比标准推荐值下降了一半，寿命大幅减少，其安全性不能满足长期的安全运行的要求。 4 、里氏硬度180HB/ 160HBHLD（450HLD）的P91钢，室温力学性能可以满足ASME的要求，但居于下限，高温性能比223HB的P91钢下降幅度也较大。10万小时持久强度略低于标准的推荐值，虽然可以使用，但要加强监督。七、结束语七、结束语5、 DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》所控制的P91钢的硬度为180HB，是材料的最低要求，任何低于180HB的P91将会给机组运行的长期安全性带来隐患。 6、对于应用540℃高温管道的低硬度P91钢，应按照试验结果进行强度校核，并以此缩短检验周期，同时加强材料老化鉴定工作。 谢 谢