鍋爐螺旋水冷壁T2鋼內螺紋管滲漏事故分析

田曉，曹劍峰，肖國華，李益民

(西安熱工研究院有限公司，西安市 710043)

0 引言

某電廠擴建工程安裝2臺660MW超臨界燃煤發電機組，配套安裝2臺東方鍋爐(集團)股份有限公司制造的墻式燃燒、對稱露天布置、單爐膛、一次再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、Π型、超臨界參數、變壓直流鍋爐。2012年9月29日，在鍋爐整體水壓試驗時發現中部左側墻螺旋水冷壁管(第8屏、第22號管)出現滲漏，該管為SA-213T2內螺紋管，規格為φ38.1 mm×7.5 mm。為查明水冷壁管滲漏原因，提出合理的預防措施，對水冷壁滲漏管段進行檢驗和分析。

1 試驗分析

1.1 宏觀形貌檢查

對中部螺旋水冷壁滲漏管段(22號)和未滲漏管段(23號)進行取樣分析，其宏觀形貌如圖1、2所示。

圖1 中部螺旋水冷壁取樣管段宏觀形貌Fig.1 Macrograph of sampling tube section in the middle part of spiral water wall

圖2 中部螺旋水冷壁22號管段滲漏處宏觀形貌Fig.2 Macrograph of leakage position in No.22 tube in the middle part of spiral water wall

由圖1、2可知，22號管段滲漏處存在沿管子縱向分布的線性裂紋，裂紋長約35 mm，位于直管段上，距離2個管段的對接焊縫30 mm。因此，可排除因對接焊縫存在焊接缺陷或焊接殘余應力過大而導致該管段發生滲漏的可能。

1.2 化學成分分析

對中部螺旋水冷壁滲漏管段的成分進行分析，結果如表1所示。該管段的元素含量符合美國機械工程師協會(American society of mechanical engineers，ASME)標準 ASME SA-213［1］中的相關要求。

表1 化學成分分析結果Tab.1 Composition analysis results

1.3 力學性能試驗

對中部螺旋水冷壁滲漏管段和未滲漏管段分別進行室溫拉伸試驗，結果如表2所示。滲漏管段和未滲漏管段的屈服強度、抗拉強度均處于較高水平，滿足ASME SA-213標準的相關要求。

表2 室溫拉伸試驗結果Tab.2 Tensile test results at room temperature

對中部螺旋水冷壁滲漏管段和未滲漏管段分別進行沖擊試驗，結果如表3所示。T2鋼與12CrMoG鋼為近似鋼種，參照 GB 5310—2008［2］標準中對12CrMoG鋼沖擊性能的要求，由表3可知水冷壁滲漏管段和未滲漏管段的沖擊性能遠高于標準要求，具有良好的沖擊韌性。

表3 沖擊試驗結果Tab.3 Impact test results

對中部螺旋水冷壁滲漏管段和未滲漏管段分別截取環狀管樣進行硬度測量，結果如表4所示。由表4可知，滲漏管段和未滲漏管段的硬度均符合ASME SA-213的相關要求。

表4 硬度測量結果Tab.4 Hardness test results

1.4 形貌及金相分析

在水冷壁滲漏管段線性裂紋中間位置處將管段截開，制取金相環，在體式顯微鏡及Olympus金相顯微鏡上觀察滲漏管段橫截面上裂紋的低倍形貌、金相組織和顯微形貌，如圖3所示。滲漏處裂紋已貫穿整個管段橫截面，且裂紋內部有片(塊)狀的夾雜物。由圖3(a～c)可知，該管段的滲漏裂紋是由于外壁的主裂紋向內擴展，與內壁的小裂紋連通在一起形成的。從圖3(d)、(e)可見，內壁裂紋兩側及裂紋尖端附近晶粒為鐵素體，而T2鋼正常金相組織為鐵素體+珠光體，這表明在內壁裂紋兩側及裂紋尖端發生了脫碳現象，脫碳層厚度為250～300 μm，且內壁兩側的珠光體晶粒沿軋制流線方向分布，據此推斷該裂紋是在管子制造時形成的。

對中部螺旋水冷壁滲漏管段進行金相組織檢驗，如圖4所示。該管段金相組織由鐵素體+珠光體組成，晶粒度為6～7級，符合GB 5310—2008標準的相關要求。

1.5 掃描電鏡分析

對中部螺旋水冷壁滲漏管段橫截面試樣進行掃描電鏡及能譜分析，掃描電鏡形貌如圖5所示，能譜分析結果如圖6所示。

圖3 中部螺旋水冷壁22號管段滲漏處橫截面低倍形貌、金相和顯微形貌照片Fig.3 Crack tip micrograph of the cross section of leakage position in No.22 tube

由圖5可知，裂紋內部存在大量的片狀(塊狀)的夾雜物。由圖6可知，裂紋內部的夾雜物主要成分為Fe、O，其應為管子在高溫軋制或熱處理時形成的氧化皮。

圖6 滲漏管段橫截面試樣裂紋內部夾雜物能譜分析Fig.6 Energy spectrum analysis result of inclusion inside cracks of leak cross-section

2 綜合分析

T2鋼內螺紋管的制造工藝流程為:熱軋荒管(1250～1290℃)—酸洗、潤滑—冷軋(冷拔)—中間熱處理—酸洗、潤滑—打頭—成型道拔制—成品熱處理(920℃)—精整—成品探傷、檢驗—包裝—入庫［3-4］。由金相分析和掃描電鏡觀察可知，內壁裂紋兩側和裂紋尖端存在厚度約300 μm的脫碳層，且裂紋周圍的晶粒沿軋制流線方向分布，有別于管子橫截面上的正常晶粒形貌，裂紋內部夾雜著高溫時形成的氧化鐵。由此可以推斷，內壁裂紋應為折疊裂紋，是在管坯高溫熱軋成荒管時因內表面凸起部分被軋入管坯本體而形成的［5］。與內壁裂紋相貫通的外壁裂紋，開口在管子外表面，由管子外壁向內部延伸，裂紋內部也夾雜著大量的氧化鐵，因此外壁裂紋與內壁的折疊裂紋均為T2鋼內螺紋管在熱軋成荒管過程中，因工藝不當或管坯表面存在缺陷而形成的［6-7］。

T2鋼內螺紋管裂紋處于管子頭部的夾持部位，屬于檢測盲區，因此在出廠前的探傷檢驗中未能查出，而且在探傷后又未將管子頭部檢測盲區段切除，致使該缺陷保留下來［8-10］，最終導致該管子在鍋爐整體水壓試驗時滲漏。

3 結語

螺旋水冷壁T2鋼內螺紋管滲漏處的線性裂紋是在熱軋成荒管時因工藝不當或管坯表面存在缺陷而形成的，因該缺陷存在于管子端頭(屬于無損檢測盲區)，管子包裝入庫前又未將管子端部切除，致使該缺陷保留下來，導致該管段在鍋爐整體水壓試驗時滲漏。

建議制造廠加強對熱軋荒管表面質量檢查，避免因荒管表面缺陷影響冷拔成品管的成品率及質量;對于成品管端部的無損檢測盲區，出廠前應予以切除或做補充檢測，避免該部位存在缺陷而被當作合格品出廠。建議電廠對同批T2鋼內螺紋管端頭進行擴大檢查，及時發現并消除類似缺陷，確保機組安全投運。

［1］ASME SA-213—2004鍋爐、過熱器用無縫鐵素體和換熱器奧氏體合金鋼管子［S］.

［2］GB 5310—2008高壓鍋爐用無縫鋼管［S］.

［3］彭孫鴻，鄧爾康，劉彩玲，等.T2鋼內螺紋管的研制［J］.特殊鋼，1999，20(6):48-50.

［4］彭孫鴻，鄧爾康，劉彩玲，等.SA-213T2鋼內螺紋管的性能研究［J］.鋼管，2004，33(2):19-21.

［5］王魯義，陳其偉，朱國輝.12Cr1MoVG無縫鋼管表面裂紋分析［J］.安徽工業大學學報，2010，27(2):135-139.

［6］周曉峰.熱軋無縫鋼管內折缺陷分析［J］.鋼管，2009，38(5):48-51.

［7］張惠萍，陳洪琪，盧玲玲，等.連鑄管坯質量對鋼管內折缺陷的影響［J］.鋼管，2006，35(6):27-30.

［8］田曉.8號鍋爐中部螺旋水冷壁管滲漏原因分析［R］.西安:西安熱工研究院有限公司，2012.

［9］成海濤.無縫鋼管缺陷與預防［M］.成都:四川科學技術出版社，2009.

［10］何輔云，朱淮河.無縫鋼管折疊缺陷檢測方法及裝置［J］.合肥工業大學學報:自然科學版，1999，22(3):78-80.