摘要：文章针对老化5级的T92受热面管的安全性问题进行了分析研究，据此制定了马氏体耐热钢（T92）受热面管的高温持久试验方，并开展了高温持久试验。以服役超过8万小时的某超超临界直流炉T92受热面管为研究对象，对该受热面管进行力学性能测试及显微组织分析，分析了不同试验条件下M23C6和拉弗斯（Laves）相的演变规律及相互关系，通过试验研究，明确了高温下M23C6和Laves相的变化规律，并将Laves相析出量和尺寸作为T92钢是否发生大幅度超温的依据，为T92受热面管的安全性评价研究提供了参考依据。

　　关键词：T92；受热面管；M23C6；Laves相

　　SA213-T92是一种新型马氏体耐热钢，属于9Cr-2W-Mo系列钢材，T/P92钢是在T/P91合金成分的基础上，添加1.5%~2%钨代替了部分的Mo和降低钼（0.5%），得到一种改进型钢材。

　　T92作为超临界火电机组锅炉高温受热面最为常用的受热面管材，服役接近10万小时会出现硬度低于标准下限，组织老化等级大于4级的现象。在机组启停过程中或运行期间管段若发生超温运行，极易引发爆管泄漏。《火力发电厂金属技术监督规程》（DL/T 438—2023）规定T91、T92管材的组织老化到5级，应进行材质评定和寿命评估。有众多学者对T92钢管在高温长时间服役后的组织和性能变化情况进行了研究，并给出了不同的安全性评价的方法。

　　文章以服役超过8万小时的某超超临界直流炉T92受热面管为研究对象，对该受热面管进行力学性能测试，并分析了不同试验条件下M23C6和拉弗斯（Laves）相咱1暂的演变规律及相互关系，基于上述试验结果，对T92管段进行安全性评价，为同类型的T92管服役性能评估提供参考依据。

　　1样品信息

　　样品为某型号锅炉的高温过热器管，材质为T92，规格为φ45伊12.5mm，设计压力为30.3MPa，设计温度为634益。取样管段位于锅炉顶棚管上方，即该管段不直接受烟气加热。对样品进行光谱分析，其主要成分，如表1所示，满足AMSE规定。该样品实验室测试硬度值为191HB，根据《火力发电厂用10Cr9Mo1VNBN钢显微组织老化评级》（DL/T 2219—2021）评判标准，显微组织老化评定为5级，在金相显微镜下的显微组织状态，如图1所示。

　　2试验分析

　　2.1高温拉伸测试

　　在样品上制取M12-φ8棒状螺纹试样，高温瞬时强度试验结果，如表2所示，由于无标准规定（GB/T 5310—2023《高压锅炉用无缝钢管》中对10Cr9MoW2VNbBN钢最高仅规定了600益的屈服强度为跃251MPa），该值仅供参考，亦作为高温持久试验应力选择的依据。

　　650℃高温拉伸过程中，01#样、02#样颈缩前没有明显的均匀塑性变形阶段（弹性比例阶段结束后少量变形即达到最大抗拉载荷），这可能与高温下无变形强化有关，最终导致屈强比很高，因此该管材在高温下爆管前往往不会出现明显胀粗现象咱2暂，具有突发性，安全性较低。

　　2.2高温持久试验

　　在样品管段上制取一组M12-φ8棒状螺纹试样，#1样作为对照组，#2~#6样进行650℃高温持久试验，高温持久试验按屈服强度的80%（约200MPa）确定起始应力，然后逐渐下调应力，直至断裂时间超过3000h，最后测试不同应力下的断裂寿命和断面收缩率。

　　为研究不同温度下服役后显微组织（主要为析出相）的变化规律，增加了700℃和750℃的短时持久试验（#7样、#8样）。试验结果汇总，如表3所示。

　　2.3显微组织分析

　　在管样（#1样）和持久断裂试样#4、#6、#7、#8上制取金相试样，并使用Image-Pro Plus 6.0图像分析软件对最严重视场的M23C6相、Laves相等第二相进行定量分析，结果如表4所示。

　　结果表明：如图2所示，相较持久前的#1管样，650℃/125h后的#4样Laves相与M23C6相均发生了粗化，但M23C6相面积分数显著下降，这说明Laves相与M23C6相存在竞争关系，且Laves相在M23C6相上形核长大；如图3所示，650℃/3908h后#6样M23C6相大量析出且进一步粗化，同时Laves相有少量溶解；此外，700℃/104h后的#7样Laves相面积分数显著下降，M23C6相尺寸急速粗化，750℃/50h后的#8样Laves相基本消失，这说明750℃已经到达Laves相的完全固溶温度咱3暂。

　　3安全评价分析

　　试验样品位于顶棚管上方，不存在烟气侧的高温氧化腐蚀，因此其安全性以抗蠕变性能的判断为主咱4暂。T92管抗蠕变安全性，可以从两个方面来判断：

　　3.1 M23C6相的粗化程度

　　T92钢中M23C6相的固溶温度在800℃以上，而服役壁温一般不超过650℃咱5暂，因此，M23C6相在服役时随着时间的延长会持续粗化，且其粗化速度对温度较敏感。例如，在600℃运行5万小时后，T92钢M23C6相尺寸不到0.05滋m，但在650℃时效1000h后其尺寸就可以达到0.3滋m。通过样品管持久前后M23C6相的尺寸变化，可见在650、700、750℃持久不同时间后其尺寸均发生了明显的粗化，温度愈高，粗化所需时间愈短。需要说明的是，应力也会促进粗化，管材实际运行时应力较小，其粗化速率相较于图4会明显降低。因此，根据M23C6相的粗化程度可以评判T92钢在温度和时间作用下的老化程度。

　　3.2 Laves相的分布情况

　　Laves相在早期析出时尺寸比较小，具有明显的强化效果，但长期运行后会逐渐粗化，粗化后的Laves相占用了大量热强元素（如W），会降低钢的持久性能咱6暂。Laves相的完全固溶温度较低，一般在700~750℃,因此，在高温下会趋向溶解；样品管在650℃持久125h后，Laves相尺寸进一步粗化，但持久3908h后，Laves相有尺寸变小、数量变少的趋势；如图5所示，随着持久温度的提高，Laves相面积分数显著降低，在750℃时基本消失。另外，结合M23C6相的变化情况和金相图片，发现M23C6相和Laves相两者存在相互转换的竞争关系，Laves相粗化时会消耗M23C6相，而Laves相高温溶解时M23C6相会粗化。因此Laves相析出量和尺寸不能作为评判T92钢老化程度的依据，但可以作为T92钢是否发生大幅度超温的依据。

　　综上所述，可结合以上两个方面综合评判T92钢的安全性。文章中样品管M23C6相析出量较多，但粗化并不严重，同时又存在较多的Laves相，这说明该管并没有发生长期超650益运行和短期超700益运行，其当量壁温估计约在630℃,安全性尚可。

　　4结语

　　（1）T92钢管在650℃下屈强比较高，因此，其发生爆管前可能无明显塑性变形，即无明显胀粗；

　　（2）M23C6相在服役时随着时间的延长会持续粗化，且其粗化速度对温度较敏感；

　　（3）M23C6相和Laves相两者存在相互转换的竞争关系，Laves相粗化时会消耗M23C6相，而Laves相高温溶解时M23C6相会粗化。

　　（4）Laves相的完全固溶温度略低于750℃,其析出量和尺寸可以作为T92钢是否发生大幅度超温的依据。

　　参考文献

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