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12CrlMoVG锅炉过热管开裂原因分析
发布时间：2013-07-10 09:00 来源：未知
1、前言
某公司使用的锅炉过热管，使用约半年时间后在管子的弯管段发生爆管，过热管材质为12CrIMoVC，规格为∮38×3.5。管外为高温烟气，管内为过热蒸汽，管内压力约为1.2 MPa，高温烟气和管内蒸汽通过过热器管壁进行热交换。为查清爆裂原因，避免高温过热器的再次爆裂，我们将爆裂的管段截下后，通过化学成分分析、硬度和力学性能测试、低倍和高倍金相观察对其进行了失效分析。
2、理化检验
2.1宏观检验
宏观检查发现过热器管弯头部位存在多处裂纹，直管段没有发现裂纹，且裂纹位于弯管内侧或侧面，沿轴向开裂，见图l。观察其断口呈脆性裂口，无明显塑性变形，弯头裂纹处壁厚减薄量为(3.5—3. 4)/3.5=2.86%，减薄量在《锅炉管子制造内控标准》的控制范围之内，无显著减薄现象，在弯头开裂处管径没有胀粗现象。在直管段和弯头处的裂纹部位取样，进行低倍试验，经热酸溶液腐蚀后，肉眼可见内壁存在较多缺陷，如图2。在该部位沿轴向对剖，经酸溶液热蚀后，发现钢管的内壁存在延轴向分布的细小裂纹和缺陷，这些缺陷是轧制过程中产生的拉道，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
2.2化学成分分析
在直管段取样进行化学成分分析，使用SPEC-TROLAB M9型直读光谱仪对管材进行成分分析，结果见表l。
2.3力学性能测试
分别在弯头有裂纹的直管段和弯头无裂纹的直管段取样，使用CMT5105型微机控制电子万能试验机进行拉伸试验，结果见表2。
2.4硬度测试
在远离裂口处的直管段和弯头处的裂口部位取样，使用HV-10B型维氏硬度计进行硬度试验，结果见表3。
2.5金相检验
分别在远离爆口处的直管段和弯头处的爆口部位取样，磨制金相试样，采用日本OLYMPUS GX71型金相显微镜进行金相高倍观察。经观察发现，裂纹起源于钢管内壁，沿半径方向向钢管外壁发展，有的已穿透管壁，有的未穿透管壁，裂纹呈现沿晶开裂的特征，裂纹内部充满灰色填充物，见图3，图4。直管段和弯头处的金相组织无明显差异，均为铁素体+珠光体，见图5、图6。珠光体呈中度球化，钢管晶粒度为8级，夹杂物级别为BO.5，C0.5．D1.0。
3、分析与探讨
12CrlMoVG具有良好的工艺性．被广泛用于锅炉过热器、再热器等构件的制造。锅炉设备中过热器爆管部位大部分发生在向火侧以及管子弯头处。造成过热器爆管的原因大致可归纳为：管子超温、管子球化严重、管子被腐蚀、管子质量差、弯管不当等。从以上检验结果来看，钢管的化学成分和金相组织符合国家标准CB5310 -1995中12CrlMoVG的规定。弯管处壁厚减薄量在《锅炉管子制造内控标准》的控制范围之内，管径没有胀粗。但是检查发现，钢管的学性能未达到GB5310 - 1995中12CrlMoVG的规定，其抗拉强度已接近甚至超过标准规定上限值，而延伸率未达到标准规定下限值，说明钢管强度偏高塑性较差，存在一定脆性。另一方面，有试验表明，球化对钢的力学性能有较大影响，12CrIMoVG钢随着球化级别的增加，抗拉强度降低而塑性增加，而从以上我们对钢管金相组织的观察得知，钢管经使用半年后珠光体组织有中度球化，使用后的钢管强度较使用前应有所降低，由此我们可以推断，使用前的过热器管强度更高，塑性更差。众所周知，管子在运行前存在裂纹或发纹、折叠、拉道等缺陷会加速管子的爆裂，从宏观低倍检查得知，钢管内壁存在较多延轴向分布的拉道和缺陷，这为裂纹的形成提供了内因。弯管过程中，弯头部位产生变形，钢管经历了外侧管壁减薄、内壁管壁增厚、以及由圆变椭圆的过程，在该部位产生形变硬化，在弯头处产生较大的弯曲应力，弯头处的硬度检测结果高于直管段的硬度．也正好验证了这一点。弯头侧面以及靠近弯管的内侧处钢管内壁环向应力为拉应力，裂纹一般由内壁萌生，为钢管的开裂提供了外因，工作时管内外压力差及温差作用而产生的外加应力和热应力，为应力裂纹的产生提供了充分条件。在钢管中存在较大应力的情况下，由于管材内壁表面质量较差，在内壁拉道上形成应力集中，这些拉道更容易成为裂纹源，当应力超过材料的强度极限时便会产生开裂。
4、结论
(1)该过热管的化学成分符合GB5310 - 1995中12CrlMoVG的规定要求，而力学性能不符合规定要求，其强度偏高塑性较差。
(2)过热管产生的裂纹是应力裂纹。
(3)过热管内壁质量较差，内壁拉道等缺陷是造成过热管开裂的内因。过热管弯头的弯曲残余应力也是造成开裂的原因之一。
5、建议
(1)提高钢管内外表面质量，避免过热管从表面形成裂纹源而产生开裂。
(2)钢管力学性能不符合标准要求，反映出钢管的热处理工艺不当，应对钢管的热处理工艺进行优化，确保钢管的力学性能符合标准要求。
(3)对于机械弯曲成形的过热管，必须通过热处理进行消除应力退火，以降低弯管的残余应力。
