過熱器是鍋爐中的重要部件,其主要作用是將飽和蒸汽加熱成具有一定溫度的過熱蒸汽,從而提升蒸汽作功能力,提高電廠的熱循環(huán)效率[1–2]。某單位二次過熱器蛇形管材料為12Cr2MoWVTiB鋼,規(guī)格為32 mm×4.5 mm（外徑×壁厚）,管道安裝于鍋爐上,外部介質(zhì)為鍋爐煙氣,內(nèi)部介質(zhì)為過熱蒸汽,在使用2個(gè)月后,鍋爐二次過熱器發(fā)生爆管現(xiàn)象。筆者采用一系列理化檢驗(yàn)方法分析了管道爆裂的原因,以防止該類問題再次發(fā)生。 

1.   理化檢驗(yàn)

1.1   宏觀觀察

對(duì)爆裂管道進(jìn)行宏觀觀察,管道爆口向兩側(cè)張開,存在明顯塑性變形,說明管道是在較大的內(nèi)部壓力作用下爆裂的,爆裂時(shí)的反作用力使管道向反方向彎曲；管道外壁可見大片表皮剝落,管道宏觀形貌如圖1所示。在管道爆口處的剖面截取試樣,無明顯減薄處的管壁厚度為4.34 mm,明顯減薄處的管壁厚度為1.26 mm,管道爆口剖面宏觀形貌如圖2所示。 

圖  1  爆裂管道宏觀形貌

圖  2  管道爆口剖面宏觀形貌

從宏觀形貌來看,管道外壁因腐蝕而出現(xiàn)局部明顯減薄現(xiàn)象,在管道內(nèi)部壓力的作用下,管道發(fā)生一次性爆裂現(xiàn)象。 

1.2   化學(xué)成分分析

采用直讀光譜儀對(duì)管道進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如表1所示。由表1可知：管道材料元素含量均符合GB/T 5310—2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》對(duì)12Cr2MoWVTiB鋼的要求。 

1.3   X射線衍射分析

從管道外壁刮下表皮剝落層,將剝落層磨碎后置于X射線衍射儀下進(jìn)行物相分析,結(jié)果如圖3所示。由圖3可知：管道外壁異物的主要成分為Fe2O3,說明管道外壁在高溫?zé)煔獾淖饔孟掳l(fā)生了氧化腐蝕,形成的氧化物剝落,導(dǎo)致管壁發(fā)生減薄現(xiàn)象。 

圖  3  XRD分析結(jié)果

1.4   掃描電鏡(SEM)和能譜分析

在斷口上截取試樣,將試樣清洗后置于掃描電子顯微鏡下觀察,并對(duì)異物進(jìn)行能譜分析,斷口處SEM形貌及異物能譜分析結(jié)果如圖4所示。由圖4可知：斷口處氧化腐蝕嚴(yán)重,無法觀察原始斷口的形貌,能譜分析結(jié)果顯示斷口處含有磷、氯等腐蝕性元素。 

圖  4  鋼管斷口處SEM形貌及異物處能譜分析結(jié)果

在斷口剖面截取并制備金相試樣,將試樣鑲嵌、磨拋并置于掃描電子顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：剖面處外壁有氧化腐蝕產(chǎn)物,其他區(qū)域外壁覆蓋了厚重的氧化腐蝕產(chǎn)物,經(jīng)能譜分析可檢測到較高含量的硫元素,以及磷等腐蝕性元素,能譜分析結(jié)果如圖6~7所示。 

圖  5  鋼管爆裂處剖面SEM形貌

圖  6  剖面試樣能譜分析結(jié)果

圖  7  剖面試樣能譜分析結(jié)果

1.5   金相檢驗(yàn)

將剖面金相試樣腐蝕后置于光學(xué)顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖8所示。由圖8可知：試樣材料顯微組織為鐵素體+珠光體。 

圖  8  試樣材料顯微組織形貌

2.   綜合分析

送檢管道的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。管道爆裂處斷口向兩側(cè)張開,存在明顯塑性變形,管道外壁可見大片表皮剝落,導(dǎo)致管壁明顯減薄,其厚度為1.26 mm,分析認(rèn)為管道外壁因腐蝕而發(fā)生局部明顯減薄現(xiàn)象,在管道內(nèi)部壓力的作用下,管道發(fā)生一次性斷裂現(xiàn)象。管道外壁異物的主要成分為Fe2O3,說明管道外壁在高溫?zé)煔獾淖饔孟掳l(fā)生了氧化腐蝕,形成了氧化物類的腐蝕產(chǎn)物,在煙氣的沖刷作用下腐蝕產(chǎn)物剝落,導(dǎo)致管壁減薄[3]。 

3.   結(jié)論

管道外部介質(zhì)中硫、磷、氯等腐蝕性元素含量較高,導(dǎo)致管道外壁發(fā)生氧化腐蝕現(xiàn)象,管道在煙氣的沖刷作用下減薄,導(dǎo)致管壁承載能力下降,最終管道減薄較嚴(yán)重區(qū)域在內(nèi)部蒸汽壓力的作用下發(fā)生一次性爆裂現(xiàn)象。 

文章來源——材料與測試網(wǎng)