敬仕煜，華楊康，謝逍原，曾 輝，楊首恩，李彭富

（1.東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司·機械工業(yè)高溫高壓材料與焊接重點實驗室，四川 自貢643001；2.江蘇銀環(huán)精密鋼管有限公司，江蘇 宜興214203）

S30432系A(chǔ)SMESA 213/SA 213M—2019《鍋爐、過熱器和換熱器用鐵素體和奧氏體合金無縫鋼管》中的鋼種，主成分為18Cr-9Ni-Nb-3Cu，GB/T 5310—2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》標準中的牌號為10Cr18Ni9NbCu3BN。該鋼由日本住友公司研發(fā)，是一種許用應力高、經(jīng)濟的18-8型奧氏體耐熱鋼，日本住友公司的商業(yè)牌號為Super304H。依托中國的廣闊市場和強大鍋爐設(shè)備制造能力，S30432鋼管已成為超（超）臨界鍋爐機組使用量最大、最受關(guān)注的受熱面高等級鋼管。20世紀90年代，我國開始跟蹤研究S30432鋼管，2003年啟動國產(chǎn)化研究，2008年國產(chǎn)化研究取得成功。東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司（簡稱東方鍋爐公司）最早于2008年將國產(chǎn)S30432鋼管應用于實際工程。

多年來，國內(nèi)針對S30432鋼管進行了大量研究，特別是在國產(chǎn)化過程中，更是掀起了研究高潮，涉及強化機理、鋼管制造、內(nèi)壁噴丸、應用性能、失效模式等方面［1-6］。這些研究一方面助推了S30432鋼管的國產(chǎn)化進程，另一方面加深了人們對鋼管各項性能的認識，并積累了豐富的經(jīng)驗。然而近年來，各方對S30432鋼管的疑慮卻不減反增，頻繁提出限制性要求，有時還引發(fā)爭議。本文列舉了S30432鋼管工程應用中的幾個高頻關(guān)注問題，并進行分析和探討，希望對促進S30432鋼管的應用有所裨益。

1 國產(chǎn)S30432鋼管現(xiàn)狀

近20年來，中國一直是世界上最重要的超（超）臨界鍋爐機組建設(shè)市場，但S30432鋼管曾在較長時間內(nèi)全部依賴進口。國產(chǎn)化成功之后，國產(chǎn)S30432鋼管得到了一些應用，但總體占比仍很小。文獻［7］曾發(fā)出國產(chǎn)高等級耐熱鋼“有能力沒信任”的追問，國產(chǎn)S30432鋼管即是這一追問下的材料之一。

相對于發(fā)達國家深厚的技術(shù)沉淀、穩(wěn)定的工藝水平，國內(nèi)冶金行業(yè)在基礎(chǔ)研究、固化和執(zhí)行工藝能力等方面均有待提升。但當前國內(nèi)鋼廠在冶煉、軋機能力、熱處理裝備能力、響應合同交貨周期和技術(shù)服務能力等方面遠非國外廠商可以企及。

S30432鋼管具有優(yōu)異的高溫持久強度。與一般奧氏體耐熱鋼相比，S30432鋼的強化機理較為特殊，服役時產(chǎn)生細小彌散、沉淀于奧氏體內(nèi)的富銅相，并與Nb（C，N）、NbCrN和M23C6等析出物一起產(chǎn)生極佳的強化作用［8］。東方鍋爐公司檢測了不同鋼管公司生產(chǎn)的S30432鋼管的700℃持久強度，結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，國產(chǎn)S30432鋼管的持久強度數(shù)據(jù)均位于進口鋼管數(shù)據(jù)分散帶內(nèi)，外推結(jié)果滿足美國機械工程師協(xié)會ASME規(guī)范和GB/T 5310—2017要求。東方鍋爐公司曾跟蹤研究了運行超過10年的國華電力綏中發(fā)電有限公司B廠1 000 MW超（超）臨界鍋爐的國產(chǎn)S30432鋼管的性能，發(fā)現(xiàn)該鋼管的各項性能表現(xiàn)良好，與進口鋼管相當。

圖1 不同鋼管公司生產(chǎn)的S30432鋼管的700℃持久強度

S30432鋼管晶粒較細，具有較好的抗氧化性能。對鋼管進行內(nèi)壁噴丸，其抗氧化效果極佳［2］。目前，內(nèi)噴丸技術(shù)已受到廣泛重視，某種程度上被看作是與母管“捆綁”的技術(shù)能力。2010年左右，國內(nèi)開始進行S30432鋼管的噴丸試驗。研究初期，國產(chǎn)S30432鋼管的噴丸有效層厚度、硬度、均勻性等均不及進口鋼管［9］。但技術(shù)攻關(guān)后，國內(nèi)廠家迅速掌握了關(guān)鍵核心技術(shù)［10-11］，開發(fā)出噴丸處理生產(chǎn)線，并投入批量生產(chǎn)。某國產(chǎn)S30432鋼管內(nèi)噴丸后的微觀組織形貌如圖2所示，其噴丸層總深度約124μm，按組織形貌分為3層，從鋼管內(nèi)壁向外依次是晶粒碎化層（約26μm）、多滑移層（約73 μm）、單滑移層（約25μm）。

圖2 國產(chǎn)S30432鋼管內(nèi)噴丸后的微觀組織形貌

李健等［12］對比分析了國產(chǎn)、進口S30432鋼管的實物質(zhì)量，認為國產(chǎn)鋼管不遜色于進口鋼管，建議在鍋爐合同和技術(shù)協(xié)議中取消“高等級耐熱鋼須進口”的限制性條款。

截至2019年，東方鍋爐公司、哈爾濱鍋爐廠有限責任公司、上海鍋爐廠有限公司已經(jīng)至少在107個鍋爐機組（包括600 MW、1 000 MW機組）上使用國產(chǎn)S30432鋼管超過1萬t，且并無負面反饋。實踐表明，國產(chǎn)S30432鋼管的實物質(zhì)量完全滿足ASME規(guī)范和GB/T 5310—2017要求，達到國外進口水平，并在服務和成本方面更具優(yōu)勢。各方應打消“提起國產(chǎn)矮三分”的疑慮［7］，放心使用，給予國產(chǎn)鋼管公平競爭機會，并在應用中促進國產(chǎn)鋼管走向精品。同時，希望國內(nèi)鋼廠重視基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累，特別是S30432鋼管的高溫持久強度數(shù)據(jù)，固化、優(yōu)化制造工藝，進一步穩(wěn)定和減小數(shù)據(jù)波動。

2 S30432鋼管的晶粒度問題

2.1 國內(nèi)外情況

S30432鋼管最初由日本住友公司和三菱重工公司合作開發(fā)，1992年開始在日本國內(nèi)小批量試用，1997年開始大規(guī)模使用，2000年3月由ASME Code Case 2328予以批準，2003年6月升版為ASME Code Case 2328-1，列入ASME SA 213/SA 213M標準，UNS（Unified Numbering System，統(tǒng)一編號系統(tǒng)）號為S30432［13］。2010年9月，升版ASME Code Case 2328-2。要注意的是，ASME歷次版本中，均沒有關(guān)于S30432晶粒度的任何限制。

德國Salzgitter Mannesmann公司（早期的DMV鋼管公司）于2003年參照ASME Code Case 2328進行了S30432的仿制，并在日本之外率先取得成功，商業(yè)牌號DMV304HCu。目前，日本住友公司和德國DMV鋼管公司都是重要的S30432鋼管供應商。

國外主要以“熱擠壓+冷軋+固溶處理”方式生產(chǎn)S30432鋼管。生產(chǎn)時的熱擠壓變形量大，金屬在三向壓應力作用下發(fā)生變形，密實性好，組織均勻。固溶處理時，細小彌散的NbC沉淀相不會全部溶解，會“釘扎”晶界抵抗再結(jié)晶動力，阻止了晶粒的長大。進口S30432鋼管的晶粒度一般為7～10級，其中多數(shù)為7～8級［14］。

S30432鋼管的國產(chǎn)化過程中，國內(nèi)產(chǎn)學研單位密切配合，首先厘清了S30432鋼管成分設(shè)計上C、N、Nb的嚴格配伍關(guān)系和Mo的有益作用［2，13-14］，并基于進口鋼管的晶粒度檢查結(jié)果，將7～10級晶粒度要求作為S30432鋼管國產(chǎn)化控制目標之一，以保證產(chǎn)品具有較好的抗氧化性能。

國產(chǎn)S30432鋼管主要采用“熱穿孔+高溫軟化處理+冷軋+固溶處理”的技術(shù)路線，與熱擠壓法相比，該技術(shù)路線投資較小，但生產(chǎn)過程卻非常復雜。通常在一定溫度范圍內(nèi)，成分確定的奧氏體鋼的固溶溫度越高，其持久強度就越好，但晶粒卻隨溫度的升高而長大。國產(chǎn)S30432鋼管的持久強度和晶粒度這一對矛盾，依靠高溫軟化處理來解決。鋼管經(jīng)歷超過1 200℃高溫軟化后，成分中的C、N、Nb等強化元素充分固溶，但與此同時晶粒會粗大，一般可達到3級或更粗。冷軋時，采用大變形量軋制，使粗大晶粒劇烈畸變，在晶內(nèi)產(chǎn)生大量位錯滑移線并儲存變形能，最終固溶處理時使基體重新形核結(jié)晶，達到細化晶粒目的。即便如此，由于再結(jié)晶形核初期晶粒長大迅速，控制7～10級晶粒度要求殊非易事，除固溶溫度和保溫時間要嚴格匹配外，還需要綜合考慮固溶處理工藝與鋼管壁厚的關(guān)系。檢測表明，國產(chǎn)S30432鋼管的晶粒度一般為7.5～8.5級［14］。

由此可見：①ASME標準對S30432鋼管的晶粒度沒有任何限制；②日本住友公司和德國DMV鋼管公司等國外供應商采用熱擠壓制管工藝得到了7～10級晶粒度的S30432鋼管；③我國采用一整套復雜熱處理、冷軋變形的組合技術(shù)，亦得到7～10級晶粒度的國產(chǎn)S30432鋼管，平衡了高溫持久強度和晶粒度之間的矛盾。

2.2 細晶化傾向

GB/T 5310—2017標準規(guī)定S30432鋼管的晶粒度為7～10級，但部分業(yè)主卻要求晶粒度在8級以上。這樣要求可能出于以下考慮：①收窄1級相對于嚴格一些，不會犯錯；②晶粒更細有助于抗氧化性能；③7級晶粒度鋼管制造的彎頭經(jīng)成形、重新固溶之后，晶?？赡艽钟?級，8級晶粒度有更多保障。筆者不認同上述考慮，分析如下。

（1）8級以上晶粒度要求，將動搖成熟的制管工藝，給鋼管質(zhì)量帶來很大風險。無論進口鋼管還是國產(chǎn)鋼管，晶粒度基本處于7～9級，而8級的新要求將使廢品率大增，勢必迫使鋼廠更改原工藝。

影響晶粒度的關(guān)鍵工序節(jié)點如果按影響程度來排序，分別是固溶參數(shù)（溫度和時間）、最終冷軋道次變形量和軟化處理溫度：①降低固溶溫度或縮短保溫時間可以細化晶粒，但必然降低鋼管性能。確定成分的S30432鋼管的持久強度主要取決于軟化溫度和固溶處理參數(shù)，固溶溫度降低或保溫時間縮短時，前期加工積累的NbC將不能充分溶解，會降低鋼管持久強度。同時，變形晶粒不能有效回復為等軸晶，晶界或?qū)\晶界無法平直化，為后期鋼管的冷熱成形性能、運行等埋下隱患。②最終道次的大變形量軋制是實現(xiàn)細晶的關(guān)鍵，成熟工藝下軋制延伸系數(shù)已高達2.2～2.8［3］，繼續(xù)增大變形量將對軋制芯棒提出嚴峻挑戰(zhàn)。即便可行，由于極大變形量所產(chǎn)生的效果難解，是否能在保證成品率基礎(chǔ)上達到8級以上晶粒度尚不可知，還需要進一步研究。③提高軟化溫度會拉大與固溶溫度之差，或可對晶粒度產(chǎn)生影響，但情況可能變得更加復雜。此外，軟化溫度已高達1 200℃以上，熱處理設(shè)備能力幾近極限，繼續(xù)提高溫度的成本代價很大。而對于熱擠壓工藝，Cu所導致的材料高溫塑性本已不佳，提高擠壓溫度無疑雪上加霜，控制稍有差池，將導致荒管出現(xiàn)質(zhì)量問題。

7級改為8級，晶粒度要求收窄一級，看似變動微小，實則影響巨大。無論采用哪一種方式達成8級，必將動搖成熟工藝，帶來很大的質(zhì)量風險。筆者觀察到，鋼管廠響應8級晶粒度的對策，往往采用壓低固溶溫度的辦法，以犧牲強度換取細晶，產(chǎn)品質(zhì)量讓人擔憂。

（2）相對于7級晶粒度，指望8級晶粒度明顯改善抗氧化性能是不現(xiàn)實的。對比7級和8級晶粒度S30432鋼管的抗氧化性能是困難的，也沒有對比的必要。通常情況下，對于600℃參數(shù)之上的超（超）臨界鍋爐機組，S30432鋼管的細晶抗氧化能力減弱，內(nèi)壁噴丸具有極佳的效果，而且廉價，因此沒有必要提高晶粒度下限要求。

（3）彎頭冷成形后重新固溶，晶粒度控制的關(guān)鍵在于固溶溫度，且適宜的固溶溫度應略低于鋼管廠制定的固溶溫度。ASME B&PVCⅠ［15］中PG-19規(guī)定了奧氏體材料冷加工成形規(guī)則，對超過變形量限制的彎頭應重新進行固溶處理。S30432鋼管參照TP347H，設(shè)計溫度540～675℃、變形量超過15%，應進行不低于1 095℃溫度的固溶處理。ASME B&PVCⅡ-D［16］中附錄A-370闡釋了重新固溶處理的意義，一是避免再結(jié)晶成細小晶粒，從而導致蠕變速率增加，以及持久強度降低；二是防止韌性降低而造成裂紋，特別是應力集中處容易受到損傷而過早失效。從ASME規(guī)范可知，保證材料強度和韌性，以及防止彎頭起彎點和彎頭內(nèi)側(cè)等在殘余應力下的早期失效（例如應力腐蝕）才是固溶處理的關(guān)鍵，晶粒度及其有關(guān)的抗氧化性能不是主要考量點。彎頭冷成形后，由于各部位變形量不一致，重新固溶后晶粒將可能發(fā)生兩種變化：超過臨界應變率的大變形量的位置，可能發(fā)生再結(jié)晶，形成細晶；低于臨界變形率的位置，晶粒將繼續(xù)長大［17］。必須著重指出的是，ASME規(guī)范并沒有檢驗彎頭晶粒度的要求，這與其固溶處理目的一脈相承。

經(jīng)驗表明，彎頭冷成形后重新進行固溶處理，晶粒通常會長大一些。然而，無論是7級還是8級晶粒度，都不能確保彎頭重新固溶處理后的晶粒細于7級。避免晶粒長大，尤其是顯著粗化的關(guān)鍵，是彎管前應準確掌握原料管的固溶參數(shù)，從而針對性制定固溶處理工藝，使彎管后的固溶溫度略低于原料管的固溶溫度。當不能有效追溯到原料管的固溶參數(shù)時，應進行必要試驗，以探索最佳固溶處理工藝。某批次S30432鋼管制作彎頭前的固溶處理試驗結(jié)果如圖3所示（應變15%，保溫30 min），這是東方鍋爐公司的部分研究成果，鋼管原始晶粒度為8級，重新固溶處理后晶粒總體呈長大趨勢，1 100～1 150℃處理時鋼管晶粒度略長大至7.5級左右，1 150℃以上溫度處理時鋼管晶粒加速粗化，最粗達4級左右。綜合考慮強度和晶粒度變化，可確定該批S30432鋼管的最佳固溶溫度應在1 120℃附近。

圖3 某批次S30432鋼管制作彎頭前的固溶工藝試驗結(jié)果

文獻［18］報道了TP347HFG彎頭晶粒異常長大情況。然而，這不應歸咎于7級晶粒度，也不能推論8級晶粒度就能讓事情反轉(zhuǎn)，晶粒異常長大可能與原料管固溶溫度較低、彎管過程控制或固溶處理不當?shù)扔嘘P(guān)。如，較低溫度固溶處理得到的8級晶粒度鋼管，再次固溶處理后晶粒亦會異常長大。

7級晶粒度的S30432鋼管在重新固溶處理后晶粒可能粗于7級，這不必過于介懷。對于S30432鋼管，最終產(chǎn)品的顯微組織呈等軸晶狀態(tài)甚為重要，這要求成形后的變形晶粒在足夠高的固溶溫度下充分回復，即使晶粒略有粗化，彎頭的質(zhì)量仍可保證。誠然，晶粒粗化有損抗氧化性能，但并不重要，后文專門述及。

2.3 關(guān)于GB/T 5310—2017中晶粒度規(guī)定的商榷

S30432鋼管7～10級晶粒度要求源自早期對于進口鋼管的檢測結(jié)果，除認為有利于產(chǎn)品抗氧化外，未見足夠研究。對鍋爐受熱面鋼管，高的持久強度是關(guān)鍵。內(nèi)噴丸S30432鋼管的抗氧化性能極佳［11］，細晶帶來的抗氧化效果已變得無足輕重。

針對國內(nèi)有追求細晶的傾向，這可能是一個錯誤的方向。按國內(nèi)主流“熱穿孔+高溫軟化處理+冷軋+固溶處理”生產(chǎn)工藝，足夠的固溶處理溫度和保溫時間使S30432鋼管變形晶粒充分回復形成等軸晶則更加重要，雖然這可能會使晶粒粗化一些。筆者了解到有業(yè)主將晶粒度要求進一步提升至9級以上，無論出于何種考慮，這都非常危險。

從S30432鋼管的國產(chǎn)化進程可知，7～10級晶粒度要求使鋼管的生產(chǎn)變得非常復雜，也提高了制造成本；因此，GB/T 5310—2017標準中關(guān)于晶粒度的規(guī)定值得商榷。建議冶金、鍋爐行業(yè)等研究“粗晶+噴丸”S30432鋼管的相關(guān)性能，以促進該鋼種的發(fā)展。

3 S30432鋼管的晶間腐蝕試驗問題

“貧鉻論”是解釋晶間腐蝕現(xiàn)象的主流理論。該理論認為，M23C6碳化物沿晶界析出，Cr原子因半徑大而不易擴散，這導致貧Cr帶的出現(xiàn)，材料會發(fā)生選擇性晶間腐蝕現(xiàn)象。晶間腐蝕的發(fā)生取決于三個必要條件，即材料本身（主要是Cr含量）、介質(zhì)、敏感溫度區(qū)（敏化）。

S30432鋼管的w（C）為0.07%～0.13%，其成分設(shè)計之初就沒有考慮材料的抗晶間腐蝕問題［8］。一定程度上，要求S30432鋼管具有抗晶間腐蝕性能，這扭曲了開發(fā)者的本意。

晶間腐蝕風險主要有三處關(guān)鍵節(jié)點，分別是在制產(chǎn)品水壓試驗、儲運和鍋爐機組投運初期?？刂扑蠧l-含量，儲運過程中對產(chǎn)品進行適當保護，盡力保證鋼管干燥，嚴格防范水中Cl-發(fā)生濃縮現(xiàn)象，使其不具備產(chǎn)生晶間腐蝕的條件，可有效避免S30432鋼管的晶間腐蝕發(fā)生。鍋爐機組投運之后，M23C6的析出速率降低，晶界貧Cr緩和，S30432鋼管基本不會發(fā)生晶間腐蝕現(xiàn)象。

ASME SA 213/SA 213M—2019附錄規(guī)定，需敏化處理之后再進行晶間腐蝕的鋼種僅包括低碳奧氏體鋼和足夠（Ti、Nb）/C比值的穩(wěn)定化鋼種。S30432鋼管的C含量較高、Nb/C比值較低，不屬于穩(wěn)定化鋼種，應在固溶態(tài)（交貨態(tài)）下進行晶間腐蝕試驗。

4 制造過程對于S30432噴丸層的影響

4.1 噴丸鋼管的抗蒸汽氧化性能

S30432鋼管主要用來制造超（超）臨界鍋爐受熱面的高溫過熱器和再熱器，服役工況惡劣。鋼管外壁為高溫煙氣，可能發(fā)生氣相腐蝕和熔鹽腐蝕；與外壁相比，鋼管內(nèi)壁的汽水氧化腐蝕危害更大，氧化皮脫落后沉積于管屏彎頭處，造成堵塞，汽水流量減小，冷卻能力下降，鋼管長時過熱或短時過熱后強度不足，導致爆管或停機，損失嚴重。

決定材料抗氧化性能的關(guān)鍵是Cr含量。美國B&W研發(fā)中心檢測了不同Cr含量材料的抗蒸汽氧化情況，如圖4所示。可見，材料在650～800℃溫度的抗氧化性能隨Cr含量的提高而增強，Cr含量在20%以上的各材料抗氧化性能相當，Cr含量高于25%時材料的抗氧化性能難以繼續(xù)改善。

圖4 不同Cr含量材料的抗蒸汽氧化情況（以S304H腐蝕量為基準1）

S30432鋼管的Cr含量在18%左右，盡管晶粒細小，但在超（超）臨界鍋爐參數(shù)下其抗氧化性能仍然略顯不足，因此日本率先開發(fā)了內(nèi)壁噴丸技術(shù)。

不同表面狀態(tài)下的奧氏體不銹鋼的抗氧化機理如圖5所示。結(jié)合圖2可以看出，噴丸導致S30432鋼管內(nèi)壁近表面的晶粒碎化，沿壁厚向遠處依次形成多滑移層、單滑移層，為Cr的擴散提供了短程通道。高溫水蒸汽條件下，依靠Cr的快速擴散，水中結(jié)合氧與Cr迅速結(jié)合，生成致密的Cr2O3層，阻斷了O的進一步擴散，大大降低了此后的氧化速率，從而達到抗氧化性能的目的。圖4與圖5相互印證，如果材料的Cr含量足夠高。例如，25-20型S31042（HR3C），鋼管自身的Cr即可形成致密Cr2O3層，不需要通過噴丸來提高抗氧化性能；而對于18-8型S30432鋼管，噴丸加快了Cr的擴散，相當于變相提高了鋼管內(nèi)表面層的Cr含量。噴丸還可以獲得附加的好處，鋼管內(nèi)壁處于壓應力狀態(tài)，提高其抗疲勞和抗應力腐蝕性能［10，19-20］。

圖5 不同表面狀態(tài)下的奧氏體不銹鋼的抗氧化機理示意

此外，碎化晶層的X衍射磁性峰微弱，表明噴丸基本沒有誘發(fā)具有磁性的體心立方馬氏體，無損鋼管的耐蝕性能。與傳統(tǒng)18-8型奧氏體鋼相比，S30432鋼管具有更好的奧氏體穩(wěn)定性，這可能與其含有N有關(guān)。N可強烈提高奧氏體穩(wěn)定性參量，使開始形成馬氏體所需的應變量顯著增加［21］。

材料在高溫水環(huán)境中發(fā)生氧化是必然，核心問題是氧化程度是否可以接受，或者說能否適應鍋爐機組的安全運行。改善途徑無非兩種，一是氧化皮不易脫落，例如9Cr鋼氧化皮附著力強，危害程度明顯低于不銹鋼；二是從源頭減少氧化皮的生成，噴丸即屬于這種途徑。

工程實踐表明，噴丸促進了致密的富Cr氧化膜快速形成，極大地降低了后期的氧化速度，噴丸S30432鋼管已經(jīng)達到絕對抗氧化級別，氧化性能與S31042（HR3C）相當甚至更優(yōu)。隨著時間的延長，即便致密的富Cr氧化膜也會氧化，但其氧化速度足夠緩慢，影響不大。由于噴丸效果明顯而且經(jīng)濟，目前已經(jīng)廣泛應用于其他鋼種（如TP347H等）。

4.2 制造過程的影響

鍋爐受熱面制造過程中，S30432鋼管將經(jīng)歷焊后熱處理、彎管以及管頭固溶處理等，噴丸層的抗氧化性能是否能繼續(xù)保持，晶粒碎化層是否會影響彎管性能等，也是目前各方關(guān)注的問題之一。

S30432鋼管與奧氏體鋼管焊接后，一般不需要進行熱處理；與T91等鐵素體鋼管焊接時，通常需要進行溫度不超過770℃的高溫回火。

文獻［22］指出，噴丸S30432鋼管的彎曲、壓扁試驗結(jié)果合格；對鋼管進行7%～14%拉伸變形（模擬彎管），噴丸層的碎化晶層形態(tài)未見改變，噴丸層硬度無變化。這些都表明噴丸層對S30432鋼管的彎管性能等無影響。但噴丸層為不穩(wěn)定組織，碎化變形越劇烈，儲存的變形能就越高；隨著溫度的提高，變形能釋放，驅(qū)動變形晶粒發(fā)生回復再結(jié)晶。噴丸層再結(jié)晶時，其組織趨近于未噴丸母管，噴丸層貢獻的抗氧化性能將不復存在。

東方鍋爐公司研究了產(chǎn)品制造過程對噴丸S30432鋼管的抗蒸汽氧化行為的影響，試驗材料為國產(chǎn)S30432內(nèi)噴丸鋼管。結(jié)果表明，800℃以下熱處理對于噴丸層抗蒸汽氧化性能基本無影響，熱彎彎管（1 000℃以上）后噴丸層變形晶?；就耆貜突虬l(fā)生再結(jié)晶，內(nèi)壁60μm處的硬度與基體的硬度基本相同。不同熱處理狀態(tài)下噴丸S30432鋼管的水蒸汽氧化試驗結(jié)果見表1。

表1 不同熱處理狀態(tài)下噴丸S30432鋼管的水蒸汽氧化試驗結(jié)果

從表1可以看出，與未熱處理相比，經(jīng)650～800℃熱處理的噴丸S30432鋼管的抗氧化性能基本沒有變化。原因是：熱處理時，噴丸層表面會快速形成一層結(jié)構(gòu)致密的富Cr氧化膜，這阻礙了Fe原子向外擴散，抑制了氧化膜分層的發(fā)生。此后的620℃水蒸汽氧化過程中，在這層膜的保護作用下，材料的氧化速率大大降低。

可以推斷，800℃以下熱處理，S30432鋼管的噴丸層主要發(fā)生回復，沒有發(fā)生再結(jié)晶。噴丸層回復將導致變形組織退化，滑移帶和滑移系統(tǒng)數(shù)量減少，向表面輸送Cr原子的能力降低。620℃水蒸汽氧化時，熱處理形成的富Cr氧化膜抑制了氧化速度，減少了鋼管蒸汽側(cè)表面的Cr原子需求，Cr擴散遷移能力下降未對鋼管的抗氧化性能造成實質(zhì)影響。文獻［23］報道了加熱溫度對S30432鋼管內(nèi)噴丸處理效果的影響，認為將S30432鋼管加熱至650～750℃，噴丸層仍保持良好的向外表面輸送Cr原子的能力，加熱至775～850℃時噴丸層的變形組織會發(fā)生不同程度的退化，向外表面輸送Cr原子的能力降低。該結(jié)果與東方鍋爐公司研究結(jié)果基本一致，不同在于文獻［23］未考慮熱處理形成的富Cr氧化膜造成的Cr原子輸送需求降低的影響。

綜上所述，采用噴丸S30432鋼管制造超（超）臨界鍋爐受熱面過程中，800℃以下熱處理不會對噴丸層的抗氧化性能造成影響，噴丸層的高硬度晶粒碎化層也不會影響鋼管的成形性能。要注意的是，焊后熱處理形成的富Cr氧化膜對后續(xù)服役過程中S30432鋼管的抗氧化行為有著重要影響，工程中應注意對于這層氧化膜的保護，勿劃傷或使其剝離。噴丸S30432鋼管熱彎彎管或重新固溶處理后，噴丸變形層將回復或再結(jié)晶，材料的抗氧化性能回歸于未噴丸鋼管水平。但不必過于擔心，因為彎頭在受熱面管系中的占比很小，形成的氧化皮總量小，不足以影響鍋爐機組的安全運行。

5 結(jié) 語

（1）國產(chǎn)S30432鋼管的實物質(zhì)量滿足相關(guān)標準要求，噴丸層質(zhì)量可靠，達到進口鋼管水平。

（2）要求S30432鋼管的晶粒度在8級以上沒有必要，且這種要求可能會使產(chǎn)品存在較大質(zhì)量風險。建議后續(xù)研究“粗晶+噴丸”S30432鋼管的性能。

（3）S30432鋼管具有一定程度的晶間腐蝕傾向，在制造、儲運和鍋爐機組投運初期應予以關(guān)注，杜絕晶間腐蝕發(fā)生條件的產(chǎn)生。

（4）噴丸S30432鋼管的抗氧化性能極佳，800℃以下溫度熱處理不會對其抗氧化性能產(chǎn)生影響。焊后熱處理形成的富Cr氧化膜對服役S30432鋼管的抗氧化性能有重要影響，工程中應注意對該氧化膜的保護。