南開嶺 包士梅

[摘? ? 要]某流化床鍋爐水冷壁在水壓加壓過程中，發(fā)生鋼管泄漏破裂，材料為20 G。文章對(duì)鋼管進(jìn)行了化學(xué)成分分析和金相組織檢驗(yàn)，確定了鋼管泄漏的原因。由于20 G鋼管表面存在縱向裂紋源，位于縮口時(shí)的縮徑處，而二次縮口時(shí)未進(jìn)行消應(yīng)力熱處理，造成應(yīng)力集中，與扁鋼焊接時(shí)的焊接應(yīng)力共同導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，產(chǎn)生穿透性裂紋。此外，20 G鋼管的外表面存在微裂紋，并且在裂紋附近有夾雜物存在，這也為裂紋擴(kuò)展提供了條件。

[關(guān)鍵詞]20 G鋼管;水冷壁;泄漏;裂紋

[中圖分類號(hào)]TM621.2;TG115 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）04–00–03

Cause Analysis of Leakage of 20 G Steel Pipe in Water Wall of Fluidized Bed Boiler

Nan kai-ling，Bao Shi-mei

[Abstract]During the process of hydraulic pressurization， the water wall of a fluidized bed boiler leaked and ruptured the steel pipe， and the material was 20 G. In this paper， the chemical composition analysis and metallographic structure inspection of the steel pipe are carried out， and the reason for the leakage of the steel pipe is determined. Since there is a longitudinal crack source on the surface of the 20 G steel pipe， it is located at the reduced diameter during the necking， and the stress relief heat treatment is not performed during the secondary necking， resulting in stress concentration， which together with the welding stress during flat steel welding leads to crack expansion and penetration. Sexual cracks. In addition， there are microcracks on the outer surface of the 20 G steel pipe， and there are inclusions near the cracks， which also provide conditions for crack propagation.

[Keywords]20 G steel pipe; water wall; leakage; crack

水冷壁管是熱電廠鍋爐實(shí)現(xiàn)熱量傳遞與交換的核心部件，由于鍋爐運(yùn)行工況的復(fù)雜性，水冷壁管失效的情況較為常見。水冷壁管一旦失效不僅會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全事故[1]。水冷壁制造完成后會(huì)在制造廠進(jìn)行水壓試驗(yàn)，在電廠現(xiàn)場(chǎng)安裝后系統(tǒng)運(yùn)行前也會(huì)再次進(jìn)行水壓試驗(yàn)，因此分析水冷壁管的失效原因并提出有效的預(yù)防措施，對(duì)保證熱電廠鍋爐的安全運(yùn)行具有非常重要的意義[2-3]。

某流化床鍋爐中的水冷壁共有14屏，在水壓加壓過程中，后水冷壁中部組件的管屏發(fā)生泄漏，材料為20 G鋼管[4]。泄漏位置位于左數(shù)第42根的背火面，破裂的20 G鋼管供貨規(guī)格為，60 mm×8 mm，交貨狀態(tài)為正火態(tài)，正火溫度為900～930 ℃。在水冷壁制造過程中，第一次縮口后進(jìn)行了消應(yīng)力熱處理，保溫溫度為620±10 ℃，保溫15 min后空冷，然后再進(jìn)行第二次縮口，二次縮口后管徑為，51 mm×8.8 mm，未進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。縮口完成后，將管口處加工至，51 mm×5 mm，并與過渡管進(jìn)行對(duì)接焊，裂紋一端距此環(huán)縫約15 mm左右。

水冷壁管泄漏產(chǎn)生的穿透性縱向裂紋長(zhǎng)度約為30 cm，距6 mm厚的15 CrMo扁鋼縱縫約0～5 mm，如圖1所示。在破裂的斷口處，可明顯觀察到鋼管表面存在一處平行于軸向的縱向裂紋源，位于縮口時(shí)的縮頸處，長(zhǎng)度約為10 mm，深度約為1.5 mm?？拷缚p側(cè)裂紋源處的斷口顏色發(fā)藍(lán)，另一側(cè)顏色正常。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

此次發(fā)生泄漏的管屏采用的是定尺長(zhǎng)度為8 m、爐批號(hào)為M-16-AA199的20 G鋼管制造，鋼管供方按GB/T 5310的規(guī)定進(jìn)行了水壓試驗(yàn)。泄漏發(fā)生后，除了核查質(zhì)量證明書中的化學(xué)成分、力學(xué)性能、工藝性能和金相檢驗(yàn)等結(jié)果外，還對(duì)發(fā)生泄漏的20 G鋼管進(jìn)行了化學(xué)成分進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)，并進(jìn)行了金相檢驗(yàn)。

1.1 化學(xué)成分

經(jīng)核查鋼管質(zhì)量證明書中的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，并對(duì)發(fā)生泄漏的鋼管進(jìn)行化學(xué)成分分析，各元素含量均滿足采購技術(shù)條件的要求，見表1。

1.2 力學(xué)性能和工藝性能

經(jīng)核查鋼管質(zhì)量證明書中的力學(xué)性能和工藝性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并隨機(jī)抽取與泄漏鋼管同爐批號(hào)的一根鋼管進(jìn)行力學(xué)性能和工藝性能復(fù)驗(yàn)，結(jié)果均滿足采購技術(shù)條件的要求，見表2。

1.3 金相檢驗(yàn)

鋼管質(zhì)量證明書結(jié)果顯示，發(fā)生泄漏的鋼管金相組織是鐵素體+珠光體（F+P），內(nèi)外表面脫碳層不明顯，晶粒度為7.0級(jí)，滿足采購技術(shù)條件的要求。1A668EB1-A3B5-4549-B4B8-2FBAEDD7664A

對(duì)發(fā)生泄漏的20 G鋼管母材進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)，顯示為鐵素體+珠光體（F+P）[5]，同時(shí)發(fā)現(xiàn)管子外表面存在向內(nèi)表面延伸的微裂紋，如圖2所示。管壁內(nèi)外表面脫碳層不明顯，晶粒度為6.0～7.0級(jí)，同時(shí)存在少量夾雜物，其中硫化物為2.0級(jí)，點(diǎn)狀氧化物為1.0級(jí)。

在穿透性裂紋的斷口處截取試樣進(jìn)行觀察，如圖3和圖4所示。斷口處存在一處由外壁向內(nèi)壁擴(kuò)展的微裂紋，圖3是未經(jīng)腐蝕的金相照片，腐蝕后的金相組織見圖4，可看到裂紋為穿晶裂紋[6]。

2 分析與討論

（1）通過觀察斷口表面，發(fā)現(xiàn)靠近焊縫側(cè)的斷口顏色發(fā)藍(lán)，另一側(cè)顏色正常，說明穿透性裂紋在焊接過程中已經(jīng)產(chǎn)生。由于縮頸處外表面存在長(zhǎng)約10 mm、深約1.5 mm縱向裂紋源，且在第二次縮口時(shí)沒有進(jìn)行消應(yīng)力熱處理，從而造成應(yīng)力集中[7]。由于焊接時(shí)溫度較高，使得靠近焊縫側(cè)的斷口顏色發(fā)藍(lán)，并由鋼管外表面裂紋源處起裂，沿管子壁厚向內(nèi)表面擴(kuò)展，造成穿透性裂紋。

（2）鋼管供方在交貨前按GB/T 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》的規(guī)定對(duì)20G鋼管進(jìn)行了水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)壓力為20 MPa，但由于水冷壁管在設(shè)備制造過程中已產(chǎn)生穿透性裂紋，導(dǎo)致鋼管致密性和承壓能力下降。在水冷壁水壓試驗(yàn)加壓過程中，裂紋沿鋼管的軋制方向向兩側(cè)擴(kuò)展，向上擴(kuò)展至到縮口的上部，向下擴(kuò)展至距離環(huán)縫15 mm左右處，造成30 cm長(zhǎng)的穿透性裂紋。

（3）通過對(duì)20 G鋼管進(jìn)行檢驗(yàn)，表明其外表面存在向內(nèi)壁延伸的縱向微裂紋。該類缺陷在冷縮管的焊接過程中極易造成裂紋擴(kuò)展，存在嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。按照標(biāo)準(zhǔn)和采購技術(shù)條件的規(guī)定，供方應(yīng)對(duì)鋼管逐支進(jìn)行超聲檢測(cè)和渦流檢測(cè)，一般均可發(fā)現(xiàn)此類缺陷，且質(zhì)量證明書顯示無損檢測(cè)結(jié)果滿足采購技術(shù)條件的要求，因此外表面縱向微裂紋的存在說明供方在無損檢測(cè)時(shí)未嚴(yán)格把關(guān)。

3 結(jié)論及建議

（1）供貨狀態(tài)的20 G鋼管外表面已存在縱向裂紋源，由于在第二次縮口后未進(jìn)行消應(yīng)力熱處理，造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致與扁鋼焊接時(shí)裂紋源向鋼管內(nèi)表面擴(kuò)展，產(chǎn)生穿透性裂紋。在水冷壁水壓試驗(yàn)加壓過程中，穿透性裂紋沿鋼管的軋制方向向兩側(cè)擴(kuò)展，造成爐流化床鍋爐水冷壁管泄漏。

（2）在后續(xù)工作中，應(yīng)結(jié)合材料特性和服役環(huán)境優(yōu)化制造工藝，盡量避免因冷變形、焊接等工藝過程造成應(yīng)力集中、裂紋擴(kuò)展等質(zhì)量缺陷。

（3）在原材料采購過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)供方制造、試驗(yàn)和檢驗(yàn)等流程的質(zhì)量管控，從人、機(jī)、料、法、環(huán)全面規(guī)范管理和監(jiān)督，必要時(shí)對(duì)原材料進(jìn)行理化性能和無損檢測(cè)的入廠復(fù)驗(yàn)，降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)[9]。

參考文獻(xiàn)

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