鍋爐包墻過熱器管穿孔分析

鐘其林 高引慧 白凱杰 冀光普

（廣東省特種設備檢測研究院順德檢測院，廣東 佛山 523800）

某公司委托我院對鍋爐包墻過熱器管進行力學性能、材質、腐蝕物、垢樣進行分析，同時對管子進行金相分析。管子外觀見圖1，管子材質及規格見表1。

表1 送檢管子的規格及材質

1 檢測內容

（1）力學性能試驗：包墻過熱器管子取2 根拉伸試樣。（2）表面形貌和能譜分析：用掃描電鏡觀察管子表面形貌，同時用能譜儀對管子內外表面的腐蝕產物進行能譜分析，以確定腐蝕類型。[1]（3）熒光光譜分析：對管子內表面的垢樣及外表面粘附的粉末進行熒光光譜分析。（4）材質分析：用全定量光譜儀對材質進行分析。（5）金相組織分析：對管子縱向和橫向取樣進行金相分析。（6）綜合分析。

2 分析測試結果

2.1 管子宏觀觀察

送來的包墻過熱器管子，經目視觀察，發現管子外表面有腐蝕坑，且其中一處已經穿孔，見圖2。

圖2 包墻過熱器管子腐蝕坑及穿孔

2.2 室溫拉伸性能

根據國標GB6397-86《金屬拉伸試驗試樣》，對于管材試件，當管件外徑Φ0≤50mm，應優先考慮采用全截面管段試樣；當管件外徑Φ0＞50mm，壁厚a0＜8mm時，應加工成縱向弧形試樣。因送檢的包墻過熱器管表面有腐蝕凹坑，因此不適合進行全截面管段拉伸，因此在管子未見腐蝕坑的部位相向位置各取一個樣，加工成兩根弧形拉伸試樣。[2]見圖3。分別記為1#和2#。

圖3 包墻過熱器拉伸試樣

拉伸試驗實在DNS-100 拉伸試驗機上進行，實驗結果如表2所示，表中最后一欄列出了《高壓鍋爐用無縫鋼管》GB5310-2008對應的力學性能標準。

表2 室溫拉伸性能

從表2 拉伸試驗結果可以看出：

1#樣品的抗拉強度、屈服強度和延伸率均接近于標準值下線，2#樣品的抗拉強度、屈服強度和延伸率也僅稍高于標準值下線。但都在合格范圍內。

2.3 能譜分析

為了分析過熱器管腐蝕產物的成分，在包墻過熱器切取一段試樣，包墻過熱器切取的試樣包含穿孔部位，用于SEM顯微形貌和能譜成分分析。[3]包墻過熱器SEM形貌及能譜分析結果見圖4。

圖4 包墻過熱器穿孔處SEM 形貌及能譜分析

從圖4 中的能譜成分分析結果來看，腐蝕產物主是鐵的氧化物，還有部分其它合金元素的氧化物，且含有一定量的硫化物，說明包墻過熱器和高溫過熱器表面除氧化腐蝕外還存在硫腐蝕。

2.4 熒光光譜分析

對包墻過熱器管子內表面的垢樣及外表面粘附的粉末進行收集，然后進行熒光光譜分析，分析結果見表3 和表4。

表3 內壁垢樣分析結果

表4 外壁粉末分析結果

從表3、4 中可以看出，粉末中硫的含量較高，這和能譜分析結果相一致。

2.5 管子成分分析

在包墻過熱器上任取一段25mm×50mm 試樣，經打磨后在型號為PMI MASTER Smart 全定量光譜儀上進行分析，分析三次，取平均值。分析結果見表5。

表5 光譜分析結果（%）

根據《高壓鍋爐用無縫鋼管》5310-2008，12Cr1MoVG 要求C含量為0.08～0.15，從表5 結果可以看出，包墻過熱器管子成分符合要求。

2.6 金相組織分析

在包墻過熱器管子上取縱向和橫向兩個試樣，共兩個金相試樣。包墻過熱器在凹坑附近取樣。試樣經過機械研磨、拋光后，用4%硝酸酒精浸蝕，將制備好的金相試樣于金相顯微鏡下進行組織觀察與評定。[4]

圖5 包墻過熱器縱向金相圖片（200×）

圖6 包墻過熱器管邊緣處橫向金相圖片（200×）

圖7 包墻過熱器管中心處橫向金相圖片（200×）

從圖5、6、7 可以看出，該管子縱向帶狀組織明顯，帶狀組織評定為3 級。橫向截面邊緣組織球化脫碳嚴重，球化評為4 級，中心部位球化評為2 級。

2.7 結果分析

通過對送檢的過熱器管的力學性能、腐蝕產物的能譜分析、垢樣和粉末分析以及金相組織分析可以得出以下結論：

（1）包墻過熱器管的力學性能合格，但僅稍稍高于標準允許的最小值。（2）通過能譜分析及垢樣和粉末分析，可以看出管子的腐蝕除了氧腐蝕外，還有硫腐蝕以及少量氯腐蝕。（3）對包墻過熱器管子成分進行分析，發現包墻過熱器管子成分符合要求。（4）包墻過熱器邊緣金相組織球化嚴重，但中心部位金相組織相對較好。

包墻過熱器僅僅出現了凹坑腐蝕，力學性能和金相組織在合格范圍內，但均趨于下線。穿孔處可能是管子磨損造成凹坑，然后凹坑處形成腐蝕，主要是氧腐蝕以及少量硫腐蝕，慢慢造成腐蝕穿孔。