某鍋爐管安裝于2022年1月,運(yùn)行2個月后,在對其進(jìn)行日常監(jiān)控時發(fā)現(xiàn)煙氣中氫氣含量超標(biāo),進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)該鍋爐管發(fā)生開裂現(xiàn)象。開裂鍋爐管的材料為12CrMoVG鋼,鍋爐管內(nèi)部介質(zhì)為200 ℃飽和蒸汽,壓力為4.6 MPa,外部介質(zhì)為450 ℃高溫?zé)煔?管道內(nèi)部有大量塵土。筆者采用一系列理化檢驗方法分析了鍋爐管開裂的原因,以避免該類問題再次發(fā)生。 

1.   理化檢驗

1.1   宏觀觀察

開裂鍋爐管的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：鍋爐管的外壁和內(nèi)壁均可見宏觀裂紋。 

圖  1  開裂鍋爐管的宏觀形貌

1.2   化學(xué)成分分析

在開裂鍋爐管上取樣并對試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如表1所示。由表1可知：開裂鍋爐管的化學(xué)成分滿足GB/T 5310—2017 《高壓鍋爐用無縫鋼管》對12Cr1MoVG鋼的要求。 

1.3   金相檢驗

在開裂鍋爐管的剖面上截取并制備金相試樣,將試樣進(jìn)行腐蝕后,置于光學(xué)顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：試樣的顯微組織為鐵素體＋少量珠光體。 

圖  2  開裂鍋爐管的微觀形貌

1.4   掃描電鏡(SEM)及能譜分析

在開裂鍋爐管的外壁處取樣,對試樣進(jìn)行SEM分析,結(jié)果如圖3所示。在開裂鍋爐管的內(nèi)壁處取樣,對試樣進(jìn)行SEM分析,結(jié)果如圖4所示。 

圖  3  開裂鍋爐管外壁SEM形貌

圖  4  開裂鍋爐管內(nèi)壁SEM形貌

對金相試樣進(jìn)行SEM分析,結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：開裂鍋爐管內(nèi)壁可見樹枝狀裂紋,裂紋向材料內(nèi)部伸展,且部分裂紋已穿透壁厚,裂紋內(nèi)可見腐蝕產(chǎn)物,呈應(yīng)力腐蝕開裂形貌特征。 

圖  5  金相試樣的SEM形貌

對裂紋內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析,結(jié)果如圖6所示。由圖6可知：腐蝕產(chǎn)物中存在較高含量的腐蝕性元素S和Cl。 

圖  6  裂紋內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的能譜分析結(jié)果

2.   綜合分析

由上述理化檢驗結(jié)果可知：開裂鍋爐管的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求；開裂處剖面上可見起源于管道內(nèi)壁的裂紋,裂紋呈樹枝狀向材料內(nèi)部伸展,部分裂紋已穿透壁厚,裂紋內(nèi)可見腐蝕產(chǎn)物,呈應(yīng)力腐蝕開裂形貌特征,腐蝕產(chǎn)物的S元素和Cl元素含量較高,說明管道內(nèi)介質(zhì)中含有腐蝕性元素。腐蝕介質(zhì)與鍋爐管之間存在應(yīng)力作用,造成了鍋爐管發(fā)生開裂[1]。在工作應(yīng)力及熱應(yīng)力的共同作用下,管道內(nèi)壁發(fā)生了應(yīng)力腐蝕開裂,裂紋穿透壁厚,導(dǎo)致鍋爐管發(fā)生泄漏事故。 

3.   結(jié)論

開裂鍋爐管的介質(zhì)中存在大量腐蝕性元素S和Cl,在工作應(yīng)力和熱應(yīng)力的共同作用下,管道內(nèi)壁發(fā)生了應(yīng)力腐蝕開裂,裂紋不斷擴(kuò)展并穿透壁厚,最終導(dǎo)致鍋爐管發(fā)生泄漏事故。 

文章來源——材料與測試網(wǎng)