中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 鄧 進(jìn) 袁棨正 劉 杰 武漢市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究所 胡 濱

某電廠660MW超臨界機(jī)組鍋爐是引進(jìn)日本三菱重工業(yè)株式會(huì)社技術(shù)，由哈爾濱鍋爐廠制造的超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐。該鍋爐采用П型布置、單爐膛、低NOx的PM主燃燒器和MACT燃燒技術(shù)、四角切圓燃燒方式，平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)。泄漏的分隔屏過(guò)熱器管（簡(jiǎn)稱分隔屏管）材質(zhì)為TP347H，具體位置為右起第4大屏前起第2小屏后數(shù)第7根。本文通過(guò)宏觀觀察、主要元素分析、泄漏處及臨近母材金相組織分析、硬度檢測(cè)等方法對(duì)分隔屏管的泄露原因進(jìn)行分析。

1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本文用NITON XLT2金屬分析儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，用ZEISS Observer A1m光學(xué)顯微鏡對(duì)金相組織進(jìn)行觀察，用FM-700顯微維氏硬度計(jì)對(duì)各區(qū)域硬度進(jìn)行測(cè)定。

1.1 宏觀檢查

管子外壁的泄漏點(diǎn)經(jīng)打磨后（圖1左圖）尺寸很?。?mm），位于焊縫邊緣母材處。泄漏處內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)焊縫邊緣母材上一條相對(duì)較長(zhǎng)的裂紋（3mm），方向垂直于熔合線（圖1右圖）。按圖2的裂紋解剖示意圖對(duì)泄漏處的裂紋進(jìn)行解剖，沿截面1（內(nèi)壁焊縫邊緣）剖開(kāi)，發(fā)現(xiàn)該截面上的裂紋深度較淺；沿截面2（內(nèi)壁母材裂紋端部）剖開(kāi)，發(fā)現(xiàn)該截面上裂紋較長(zhǎng)但內(nèi)外壁均未貫通；沿截面3（外壁焊縫邊緣泄漏處）剖開(kāi)，發(fā)現(xiàn)該截面上的裂紋上移且貫通外壁。由此分析，內(nèi)壁的母材裂紋是沿著坡口斜壁向外壁擴(kuò)展延伸的，而未沿管子軸向進(jìn)行擴(kuò)展。

圖1 泄漏點(diǎn)形貌：左圖為外壁、右圖為內(nèi)壁

圖2 裂紋解剖示意圖（左圖）及截面裂紋形貌（右圖）

1.2 主要元素分析

表1所示為泄露處管段經(jīng)光譜檢驗(yàn)合金元素成分，與SA-213 TP347H相符。表明沒(méi)有錯(cuò)用管材的問(wèn)題。

表1 主要元素含量

圖3 截面1處的裂紋形貌及附近組織

1.3 金相分析

截面1處的金相組織。從圖3可發(fā)現(xiàn)，裂紋起源于內(nèi)壁臺(tái)階處并擴(kuò)展深入焊縫約0.3mm，主要位于母材熱影響區(qū)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，母材熱影響區(qū)組織中的晶界處有大量析出物，裂紋呈穿晶形式。焊縫組織分上下兩層，打底焊縫組織相對(duì)粗大。這表明焊接打底焊道時(shí)存在過(guò)熱跡象，導(dǎo)致焊縫及臨近母材晶粒粗大，母材熱影響區(qū)晶界出現(xiàn)大量析出物。從圖3中可看出，該管段存在內(nèi)壁褶皺、組織不均勻等制造缺陷。

圖4 裂紋及組織形貌：左圖為靠近內(nèi)壁處；右圖為焊縫處

截面2處的金相組織。圖4所示為截面2處的裂紋及組織形貌，可以發(fā)現(xiàn)裂紋較寬，裂紋兩側(cè)約0.1mm寬度區(qū)域內(nèi)晶粒非常細(xì)小，而遠(yuǎn)離裂紋的區(qū)域?yàn)榫Я４笮≌５膴W氏體晶粒，裂紋進(jìn)入焊縫約0.4mm深。靠近熔合線母材一側(cè)的熱影響區(qū)組織與內(nèi)壁未受熱影響的組織一樣，均不同于截面1中粗大且有大量晶界析出物的熱影響區(qū)組織。截面3處的裂紋及組織形貌與截面2類似，裂紋兩側(cè)晶粒也是非常細(xì)小，裂紋進(jìn)入焊縫約0.1mm深。

1.4 硬度檢測(cè)

對(duì)各區(qū)域的硬度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，母材裂紋旁的超細(xì)組織的硬度為240～250HV0.2（不符合ASME標(biāo)準(zhǔn)＜200HV的要求），而正常晶粒大小的母材區(qū)域硬度為170～180HV0.2，焊縫硬度為170～200HV0.2。截面1母材熱影響區(qū)裂紋旁硬度為200～220HV0.2，表明該管段存在力學(xué)性能不均勻的制造缺陷。內(nèi)壁的制造缺陷在焊接應(yīng)力和熱循環(huán)作用下形成裂紋源；內(nèi)壁裂紋在應(yīng)力作用下沿著硬度很高的超細(xì)晶粒帶向外壁擴(kuò)展，由于熔合區(qū)域?yàn)榻宇^的薄弱地帶，裂紋傾向于沿坡口熔合區(qū)擴(kuò)展，而焊縫組織均勻細(xì)密，具有良好的強(qiáng)韌性，阻止了裂紋向焊縫區(qū)域的擴(kuò)展。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)泄露管材的宏觀檢查、組織分析、硬度檢測(cè)，得出導(dǎo)致分隔屏管泄露的主要原因是管材內(nèi)壁存在褶皺、組織及力學(xué)性能不均勻等原始制造缺陷。建議加強(qiáng)對(duì)原始管材的檢驗(yàn)，焊接時(shí)加強(qiáng)對(duì)坡口質(zhì)量的檢驗(yàn)。