某电厂低温再热器三叉管表面缺陷原因分析_梁宝琦.pdf

某电厂低温再热器三叉管表面缺陷原因分析梁宝琦（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨）摘 要：某电厂低温再热器材质为 的三叉管，运行数月后泄漏导致被迫停炉。通过宏观观察、化学成分分析、力学性能检测和金相组织观察等方法，分析确定三叉管发生泄漏的原因。分析认为，三叉管的化学成分和硬度均符合 标准对 材料的要求，三叉管外表面补焊产生的焊缝结构是导致裂纹萌生扩展并最终泄漏的主要原因，裂纹在三叉管最终热处理前已存在。关键词：低温再热器；三叉管；泄漏中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，：；收稿日期：作者简介：梁宝琦（），男，汉族，高级工程师，研究生学历。引言某电厂超超临界一次再热 型锅炉，过热器最大连续蒸发量（），过热器额定蒸汽压力（），再热器进口蒸汽温度（），再热器出口蒸汽温度（）。正常运行数月后发现水平低温再热器位置的炉管发生泄漏，被迫停炉检修。进入炉膛检修发现，发生泄漏的是水平低温再热器上部的三叉管处。三叉管的材质是 。钢是在常规使用的 钢的应用基础上，继而研发出来的具有优异高温性能的钢种，高温热稳定性良好，抗氧化性能优异，且具有较高的高温持久强度和高温韧性。三叉管采用锻制工艺加工，炼钢后经过锻制和热处理，并根据产品的尺寸要求，进行适当的机械加工。通过宏观观察、化学成分分析、力学性能检测和金相组织观察等方法，分析确定三叉管发生泄漏的原因。宏观观察发现泄漏的三叉管的整体宏观形貌如图 所示。通过宏观观察发现，样品呈 型结构，样品表面存在呈现暗红色、白灰色以及黑色等不同颜 第 期锅 炉 制 造 年 月 色的区域；样品直管段两端及上部分叉端均由焊缝连接；直管段中部存在线切割加工所留方孔，为电厂取样检测所留痕迹；样品直管段近中部外表面存在凹陷现象，凹陷处未发生泄漏。对三叉管局部仔细观察发现，样品外表面存在若干细小凹坑状缺陷，缺陷附近存在车削后的环形机加工痕迹，局部氧化皮剥落区域可看到类似裂纹形状，该区域疑似为样品内部蒸汽泄漏的原始区域，如图 所示。图 三叉管宏观形貌图 三叉管局部放大图 化学成分分析在线切割孔洞附近取样进行三叉管的化学成分分析，分析所用设备为 直读光谱仪，按 标准进行检测。化学成分分析结果如表 所示。结果表明，三叉管的化学成分符合 标准对 材料的规定。表 化学成分分析结果元素样 品 力学性能检测在线切割孔洞附近取样进行三叉管的力学性能（硬度）检测，检测所用设备为 布氏硬度计，按 标准进行检测。力学性能检测结果如表 所示。结果表明，三叉管的硬度值符合 标准对 材料的规定。表 力学性能检测结果项目测量值（）平均值（）样 品 金相组织观察在图 三叉管的类裂纹附近取样进行三叉管的金相组织观察，所用设备为 光学金相显微镜，按 标准进行检测。对试样进行粗磨、细磨、抛光及腐蚀后，裂纹横截面形貌和显微组织分别如图 至图 所示。根据结果显示，样品截面存在贯穿整个壁厚的裂纹，裂纹附近壁厚中间位置的显微组织为铁素体 碳化物，近外壁存在典型的焊缝金相组织特征。距离裂纹较远处的组织为回火马氏体，符合 材料的材质特征。图 弯头裂纹失效宏观形貌图 裂纹附近壁厚中间位置显微组织 第 期 梁宝琦：某电厂低温再热器三叉管表面缺陷原因分析图 远离裂纹处壁厚中间位置显微组织 分析与讨论）通过对三叉管样管进行取样分析，三叉管的化学成分和力学性能均符合 标准对 材料的规定。）通过金相组织观察结果可知，三叉管样品截面存在贯穿整个壁厚的裂纹，裂纹附近壁厚中间的显微组织为铁素体 碳化物，远离裂纹处的组织为回火马氏体，符合 材料的材质特征。）通过送检样品宏观检查可知，样品直管段外表面存在若干细小凹坑状缺陷，疑似存在裂纹。结合金相组织观察，该区域疑似为样品内部蒸汽泄漏的原始区域。通过对三叉管样品截面贯穿裂纹进行分析可知，主裂纹上存在指向内壁的二次裂纹，由此可知样品开裂时裂纹由外壁向内壁扩展，说明裂纹在样品外表面凹坑缺陷处萌生，进而逐渐向内壁扩展直至在壁厚截面上贯穿整个样品。此外，样品近外壁显微组织体现出典型的焊缝特征，由此推测样品外壁经历熔化 凝固焊接过程，在此过程中由于焊材选择和焊接工艺控制不当等可能原因，从而导致该处裂纹萌生、扩展直至贯穿整个样品。此外，结合样品表面凹坑缺陷附近存在的机加工痕迹推测，焊接过程中形成了气孔缺陷，经后续机加工后形成了样品表面的凹坑形貌。通过对比裂纹处以及远离裂纹处的显微组织可知，裂纹处存在明显的脱碳现象，应为热处理工序导致，且热处理温度应在 材质正火温度以上；三叉管在与其他部件连接进行焊接后，需进行焊后退火，退火温度为 ，该温度无法造成脱碳现象。由此说明，该裂纹应是在三叉管生产制造过程中的最终热处理工序之前已经存在。综上所述，所分析三叉管的泄漏原因应为外表面凹坑状缺陷诱发的贯穿裂纹所致。凹坑状缺陷为样品外表面产生焊缝结构导致，推测该处焊缝结构的形成可能与三叉管外表面经历补焊过程有关。裂纹在样管制管过程中的最终热处理工序之前既已存在。结论某电厂低温再热器材质为 的三叉管化学成分和硬度均符合 标准的要求。三叉管外表面补焊产生的焊缝结构，是导致裂纹萌生扩展并最终泄漏的主要原因，裂纹在三叉管最终热处理前已存在。参考文献 高温用锻制或轧制合金钢和不锈钢法兰、锻制管件、阀门和部件 耿波，张路，范念青，等 水蒸气温度和流量对 钢氧化行为的影响 材料工程，（）：张晓昱，欧阳杰，柯浩，等 钢长时间高温运行后塑韧性变化趋势研究 热力发电，（）：赵炜炜，楼玉民，彭以超，等 超超临界锅炉低温再热器垂直段频繁爆管原因分析 热力发电，（）：曹剑峰，马忠于，周宇伟，等 国产 等级超临界机组 锻制大三通的质量控制 中国电机工程学会电力行业无损检测学术会议，：上接第 页上堆焊 ，获得了无损检验合格的堆焊层，堆焊层的组织为奥氏体和碳化物，堆焊层与基材熔合良好，弯曲未发现缺陷，化学成分满足产品要求，并且具有良好的耐晶间腐蚀性能。参考文献 段斌，马德志 现代焊接工程手册 基础卷 北京：化学工业出版社，：徐祥久 浅析 在锅炉制造中的应用 焊接，（）：张杰 保护气体对镍基药芯焊丝堆焊层性能的影响 焊接技术，（）：钟正彬，张杰 气化炉内件镍基堆焊工艺研发及应用 东方电气评论，（）：锅 炉 制 造 总第 期