某发电有限责任公司5号炉系上海动力集团生产的一次中间再热自然循环锅炉，电负荷为125 MW时，蒸发量为410t/h。至2004年12月10日，5号机组运行约5万小时，锅炉末级再热器管发生泄漏失效，左数第25片屏内圈厂家制造焊口断裂，第24、25、26、27片屏U型弯上方1600 mm处部分直管段10处泄漏，另有18处管壁减薄，断裂焊缝距下弯头700 mm左右，距上定位板70 mm左右。对失效现场进行了查勘，并取样进行了化学元素分析、机械性能试验、金相分析及断口扫描电镜观察，对失效原因进行了分析。
1、试样与方法
1.1试样
取开裂泄漏附近处的管段作为试样，进行拉伸试验，金相试验及断口扫描电镜分析。
1.2实验方法
在DLY-30型液压万能材料试验机上进行拉伸实验，试样尺寸为300mmx20mm。
金相组织由LEC0500大型金相分析仪观察。
显微硬度用MH-6显微硬度计测量。载荷为200 g，保载时间为15 s。
断口形貌由KYKY2800扫描电镜观察。
2、试验内容及结果
2.1宏观检查结果
泄漏处末级再热器管设计材质为钢102(12Cr2MoWVTiB)，规格为∮63x75 mm与∮63x45 mm对接接头，属同外径不同壁厚对接接头，为保证对口厚度一致，对壁厚较大的一侧进行了内镗孔，镗至∮63x4.5 mm。断口沿焊缝热影响区裂开，断面十分整齐。泄漏处管子及弯头宏观无明显变形，内外壁氧化不严重，无明显氧化皮，管径无明显胀粗，管壁无明显减薄。
厚壁(∮63x7.5)侧有一由于机械加工造成的退刀槽，由内向坡口处以450方向呈螺旋线延伸，最深处在坡口边缘，长约30mm，最深处约0.5 mm。
断口上明显可见整圈焊缝不均匀，退刀槽处外壁的焊缝有明显的宽度变化，而焊缝内表面有较大的焊瘤，较其他部位高出约2 mm。断口上明显可见多处未熔合。
2.2化学元素分析
在开裂泄漏的焊缝附近管段取样，进行化学元素分析。试验结果如表l所示。
由表1可见，试样的化学元素成分除Si的含量稍低外，其余符合GB5130-95《高压锅炉用无缝钢管》标准的要求。
2.3机械性能检验结果
取开裂泄漏附近处的管段作为试样，进行拉伸试验，测定材质的强度和延伸率，具体数据如表2、表3所示。
由表2、表3数据可见，母材的抗拉强度符合GB5130-95《高压锅炉用无缝钢管》标准要求。
2.4金相分析结果
2.4.1试样
在泄漏管上共取4处试样进行金相分析。试样1为离泄漏位置250mm处∮63x4.5 mm侧管段横截面试样，试样2为离泄漏位置200 mm处∮63x7.5 mm侧管段横截面试样，试样3为泄漏焊口∮63x4.5 mm侧纵截面试样，试样4为∮63x7.5 mm侧管段退刀槽处纵截面试样。
分析结果认为，试样1～4的金相组织均为回火贝氏体，组织正常，见图1～4。
2.5显微硬度测量
取末级再热器管试样，测量显微硬度值，位置为金相分析的试样1、试样2等两处。显微硬度值见表4。
由表4数据可知，管材显微硬度符合标准要求。
2.6．断口扫描电镜分析
取泄漏末级再热器断裂管的断口进行电镜扫描分析，可见裂纹起源于退刀处未熔合，从内壁起裂，向外壁扩展。断口上可见沿穿晶型二次裂纹，为沿晶脆性断口，见图5～8。
3试验结果分析
3:1宏观检查结果
(1)断裂是在垂直于最大拉应力方向发生的，断口表面无宏观的塑性变形，为脆性断口。
(2)末级再热器管开裂于退刀槽处的未熔合处，从宏观检查可知开裂位置焊接质量不良，存在未熔合等缺陷。
(3)化学元素分析、机械性能试验结果表明管材化学成分、抗拉强度符合GB5130标准要求。
(4)金相分析结果表明，金相组织为回火贝氏体，属于钢102原材料典型正常组织，显微硬度值符合要求，原材料母材、焊缝及热影响区组织正常。
3.2断口的扫描电镜观察结果
(1)开裂末级再热器管裂纹起源于退刀槽处未熔合，正是处于应力集中处，并且存在焊接未熔合缺陷。
(2)末级再热器管断口上可见二次沿晶裂纹，属典型脆性断口。
以上分析结果表明：末级再热器管开裂泄漏是由于焊接质量不良，存在未熔合焊接缺陷，成为裂纹源，加上退刀槽处应力集中，在此处萌生裂纹，裂纹沿未熔合区扩展，加之焊缝热影响区力学性能相对薄弱，最终裂纹沿热影响区发展，导致断裂而泄漏。
