鍋爐水冷壁管開裂失效分析

韓成樹，夏明六

(銅陵市特種設備監(jiān)督檢驗中心，安徽 銅陵 244000)

1 引言

水冷壁管是電站鍋爐的主要組成部分之一[1-2]，水冷壁的工作條件苛刻，發(fā)生失效會影響鍋爐安全運行，造成經(jīng)濟損失，水冷壁管的安全服役受到學者的廣泛關注[3-4]。某電站鍋爐的水冷壁管道在使用過程中發(fā)生開裂，該管道的材質為20鋼，工作壓力約為6.5MPa，工作溫度約350℃，為了分析水冷壁管道開裂的原因，對上述開裂的水冷壁管進行了失效分析。

2 理化檢驗及結果

2.1 宏觀形貌分析

開裂水冷壁管宏觀照片如圖1所示，從圖1中可以看出，水冷壁管為U型，兩側管子均發(fā)生了腐蝕，左側管子發(fā)生膨脹開裂，裂紋沿縱向擴展，說明爐管在使用中存在局部過熱膨脹。膨脹處產生較多縱向表面裂紋，背火面爐管表面完好，無任何變形開裂現(xiàn)象，說明管壁外部的溫度及受蝕條件不一致。

圖1 開裂水冷壁管道宏觀照片F(xiàn)ig.1 Macrograph and fracture of water wall tube

2.2 化學成分分析

水冷壁直讀光譜化學成分分析結果見表1，從表1中可以看出，水冷壁化學成分符合標準[5]中規(guī)定的20鋼化學成分要求。

表1 化學成分測試結果 %Table .1 Chemical composition analysis of water wall tube

2.3 金相顯微組織分析

裂紋兩側金相顯微組織照片如圖2所示，從圖2中可以看出，裂紋附近有較多微裂紋。腐蝕孔附近的金相顯微組織為鐵素體+珠光體組織，由于使用中溫度過高導致珠光體呈典型的魏氏組織分布。微裂紋內表面兩側有明顯脫碳現(xiàn)象，是典型的過燒組織特征，說明水冷壁管裂紋區(qū)在運行過程中由于溫度過高而發(fā)生局部過燒。

圖2 金相組織
Fig.2 Metallurgical structure of water wall tube

2.4 SEM微觀形貌分析

斷口SEM微觀形貌照片見圖3，從圖3中可以看出斷口表面平整，但外表面局部有許多圓坑，為受到腐蝕所致。二次裂紋主要沿晶分布，在三叉晶界處尤其明顯，說明該裂紋形成的原因為高溫蠕變所致，蠕變的裂紋主要為V型裂紋，為晶界滑動所致。清洗腐蝕產物后斷口表面主要為冰糖狀的沿晶斷口，說明斷口開裂的主要原因為晶間腐蝕[6]。

圖3 斷口SEM微觀形貌照片
Fig.3 SEM micro-morphology of fracture surface of water wall tube

3 結論

綜合分析，水冷壁管的開裂是由于管內壁結垢，導致局部溫度過高，發(fā)生晶界過燒，降低了水冷壁管的力學性能，在管內壓力的作用下，發(fā)生了沿晶蠕變開裂。

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[4] 師紅旗,王雨順,丁 毅,等.高溫過熱器爐管的爆管原因[J].機械工程材料,2010,4(6):77-79.

[5] GB/T699-2015《優(yōu)質碳素結構鋼》[S].

[6] 鐘群鵬，趙子華．斷口學[M]．高等教育出版社，2006．291-295.

(本文文獻格式：韓成樹，夏明六.鍋爐水冷壁管開裂失效分析[J].山東化工，2018，47(02)：83,87.)