陈立龙1，陈卫平1，尤建立1，张明1，钱忠伟2，王燕豪2，徐顺富2，金圣杰2（1.杭州华惠阀门有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江杭惠阀门有限公司，浙江 湖州 313200）来源：《阀门》摘要：介绍了高温高压电站阀门作为压力管道元件在电厂生产中的工作特性和控制要求。针对某电厂主蒸汽闸阀在运行中，阀体出现裂纹、硬度低及金相球化超标的现象，通过以主蒸汽闸阀（DN225、P54100V）为例，分析了阀体硬度低和金相球化超标的原因，并给出了改进方法和解决方案。关键词：主蒸汽闸阀；硬度；金相球化；故障分析中图分类号：TH134 文献标志码：ADOI:10.16630/j.cnki.1002-5855.2021.03.015Analysis and Application of Metallographic Spheroidization of High Temperature and High Pressure Valve CastingsCHEN Li-long1，CHEN Wei-ping1，YOU Jian-li1，ZHANG Ming1，QIAN Zhong-wei2，WANG Yan-hao2，XU Shun-fu2，JIN Sheng-jie2（1.Hangzhou Worldwides Valve Co.，Ltd.，Hangzhou 311122，Zhejiang，China；2.Zhejiang Worldwides Valve Co.，Ltd.，Huzhou 313200，Zhejiang，China）Abstract：As for pressure pipeline device，the high pressure and high temperature power plant valvesare the necessary control parts in the operation of power plant. There is main steam gate valve in onepower plant，after one year operation，the valve appeared cracks，low hardness and excessive metallographic spheroidization. This paper take main steam gate valve （DN225，P54 100V） as anexample，analysis the possible reason of low hardness and excessive metallographic spheroidization ofthe valve body，and give the improvement methods and solutions.Key words：main steam gate valve；hardness；metallographic spheroidization；fault analysis1 概述电站主蒸汽闸阀是用来控制锅炉过热器出口主蒸汽的主要控制元件，在电厂生产中起非常重要的作用。某电厂阀门安装在锅炉过热器出口（锅炉主蒸汽额定工作压力为9.8 MPa，额定工作温度为540 ℃），阀门型号为Z962Y-P54100V DN225，阀体设计材质是ZG15Cr1Mo1V。阀门在投入运行1a后，经磁粉检测其阀体出现多处裂纹。经金相检测，金相球化级别为4级，严重超标。经硬度检测，硬度值也在标准规定值的下限。给设备的运行带来事故隐患。2 检测结果2.1检测分析经磁粉检测，发现1号炉主蒸汽闸阀阀体乙侧炉后肩部存在多条裂纹，裂纹最长5 mm。甲侧炉后肩部存在多条裂纹，裂纹最长6 mm，见图1。发现2号炉主蒸汽闸阀阀体乙侧炉前肩部存在多条裂纹，裂纹最长3 mm，见图2。
图 1 主蒸汽闸阀阀体裂纹（1 号炉）
图 2 主蒸汽闸阀阀体裂纹（2 号炉）经金相检测，发现1号炉主蒸汽闸阀阀体甲侧炉前肩部组织为铁素体加少量珠光体加碳化物，见图3。2号炉主蒸汽闸阀阀体甲侧炉前肩部组织为铁素体加少量珠光体加碳化物，见图4。
图 3 主蒸汽闸阀阀体金相组织（1 号炉）（200×）
图 4 主蒸汽闸阀阀体金相组织（2 号炉）（200×）1号炉主蒸汽闸阀阀体经硬度检测，硬度值为114～125 HBW（表1）。2号炉主蒸汽闸阀阀体经硬度检测，硬度值为114～123 HBW。表 1 主蒸汽闸阀阀体硬度值 HBW序号1号炉2号炉
1114114
2118117
3114119
4125121
5118123
2.2 分析讨论经检测及分析证明，阀体产生裂纹的主要原因为其本身带有微裂纹，同时受到高温、高压及介质的作用，扩展形成裂纹。阀门阀体材料为ZG15Cr1Mo1V，国内没有这种材料的球化评定标准，参照DL/T773-2016火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准[1]进行评级。经检测阀体组织为铁素体加少量珠光体加碳化物，1号炉阀体和2号炉阀体球化级别均达到4级（完全球化）。造成金相球化达到4级（完全球化）的主要原因是ZG15Cr1Mo1V铸件浇铸后的热处理制度不合理所致。ZG15Cr1Mo1V铸件热处理是二次正火+二次回火。正火温度一般控制在990±10 ℃，保温时间根据阀体壁厚，一般控制在25mm/h，如图5所示。回火温度一般控制在740±10 ℃，保温时间也是控制在25 mm/h，如图6所示。
图 5 正火热处理制度
图 6 回火热处理制度需要指出的是，正火后的空冷一定要控制其冷却速度，一般装炉不宜装得过满，零件间要有充分空隙。另外，为保证冷却速度，使用电扇吹风尤为重要。若冷却不充分，金相球化达不到1级。通常，金相组织决定性能，金相组织达不到规定，零件的材料力学性能也达不到要求。根据DL/T 438-2016火力发电厂金属技术监督规程[2]及其对电站常用金属材料硬度值的规定，ZG15Cr1Mo1V材料的硬度值为140～220 HBW。而被测阀门硬度值为114～125 HBW，处于标准规定下限值以下，属于严重不合格。造成硬度值严重偏低的主要原因，也是热处理制度执行不规范所致，主要是正火后的冷却速度不合理。DL/T 773-2016标准附录D列出了12Cr1MoV钢的显微组织各个球化级别对应的力学性能，如表2和表3所示。表 2 铁素体加珠光体组织各个球化级别对应的力学性能（平均值）球化级别抗拉强度Rm/MPa屈服强度Rel/MPa布氏硬度/HBW
1级576409175
2级553360173
3级495335152
4级476305134
5级406225118
表 3 铁素体加珠光体贝氏体组织各个球化级别对应的力学性能（平均值）球化级别抗拉强度Rm/MPa屈服强度Rel/MPa布氏硬度/HBW
1级588449178
2级584445176
3级478332148
4级442298136
5级412267125
根据表2和表3组织球化级别与力学性能对应关系，可以简单通过检测材料布氏硬度，判断其材料显微组织。图7是按热处理制度重新制作的阀门阀体的金相显微组织图，其显微组织是铁素体加珠光体加贝氏体，未见明显球化（球化1级）。
图 7 主蒸汽闸阀阀体金相组织图（500×）在这里需要指出的是，要达到金相球化1级，除应严格执行热处理制度外，铸造方式也有一定影响，如电弧炉冶炼铸造要比中频炉铸造要容易保证金相组织。对铸件金相检测时，如采用便携式金相检测仪，在阀门本体上直接检测时应在表面2 mm以下（主要是二次正火+回火，造成表面脱碳所致），无缝钢管也需取自表面1 mm以下。采用金相取样方式检测没有这个限制。3 结语ZG15Cr1Mo1V合金耐热钢铸件要达到金相球化1级，一是要严格执行热处理制度，特别是注意保证正火冷却速度，冷却速度不合理就不能达到所需要的金相组织。同时，力学性能也无法保证。二是铸造方式也有一定影响，如电弧炉冶炼铸造要比中频炉铸造要容易保证金相组织。三是进行金相检测时，如采用便携式金相检测仪在阀门本体上直接检测，检测要在取自表面2 mm以下，无缝钢管也需取自表面1 mm以下。采用金相取样方式检测没有这方面的限制。参考文献［1］DL/T773-2016，火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准[S].［2］DL/T438-2016，火力发电厂金属技术监督规程[S].文章来源于网络
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