某鍋爐管安裝于2022年1月,運行2個月后,在對其進行日常監控時發現煙氣中氫氣含量超標,進一步檢查發現該鍋爐管發生開裂現象。開裂鍋爐管的材料為12CrMoVG鋼,鍋爐管內部介質為200 ℃飽和蒸汽,壓力為4.6 MPa,外部介質為450 ℃高溫煙氣,管道內部有大量塵土。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：鍋爐管的外壁和內壁均可見宏觀裂紋。 

圖  1  開裂鍋爐管的宏觀形貌

1.2   化學成分分析

在開裂鍋爐管上取樣并對試樣進行化學成分分析,結果如表1所示。由表1可知：開裂鍋爐管的化學成分滿足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,將試樣進行腐蝕后,置于光學顯微鏡下觀察,結果如圖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,對試樣進行SEM分析,結果如圖3所示。在開裂鍋爐管的內壁處取樣,對試樣進行SEM分析,結果如圖4所示。 

圖  3  開裂鍋爐管外壁SEM形貌

圖  4  開裂鍋爐管內壁SEM形貌

對金相試樣進行SEM分析,結果如圖5所示。由圖5可知：開裂鍋爐管內壁可見樹枝狀裂紋,裂紋向材料內部伸展,且部分裂紋已穿透壁厚,裂紋內可見腐蝕產物,呈應力腐蝕開裂形貌特征。 

圖  5  金相試樣的SEM形貌

對裂紋內的腐蝕產物進行能譜分析,結果如圖6所示。由圖6可知：腐蝕產物中存在較高含量的腐蝕性元素S和Cl。 

圖  6  裂紋內腐蝕產物的能譜分析結果

2.   綜合分析

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

3.   結論

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

文章來源——材料與測試網