某电厂锅炉末级过热器长时超温51×9mm不锈钢管裂开原因分析

1概述

某电厂300MW机组选用哈尔滨三大主机厂生产的国产引进型设备，于1994年10月投产运行，锅炉末级过热器材质为12Cr1MoVG，规格为Φ51×9mm。2018年7月，锅炉末级过热器B数第1屏迎火侧第3根发生不锈钢管裂开，取样管段如图1所示，取样管段信息见表1。

2试验内容与分析

(1)宏观检查，裂口呈鱼嘴状，裂口的断口较平整，断面呈颗粒状，减薄不明显，裂口附近有较多平行于裂口的未穿透裂纹，管子及裂口内外表面呈青灰色，脆性的氧化铁皮上有许多纵向纹。从裂口宏观特征来看，不锈钢管裂开具有长时过热特征。尺寸测量结果也表明，裂口管存在明显的胀粗现象。图2为裂口管段宏观形貌浙江不锈钢管厂家。

(2)化学成分分析结果表明，各管段化学成分满足GB5310《高压锅炉用无缝钢管》对12Cr1MoVG化学成分要求，但是各管段S含量略高于GB5310《高压锅炉用无缝钢管》对12Cr1MoVG化学成分要求。

(3)室温拉伸试验结果表明，B1-3-2裂口上部取样管段抗拉强度明显低于GB5310对12Cr1MoVG钢要求，B1-2裂口相邻取样管段抗拉强度在GB5310对12Cr1MoVG钢要求下限值附近，B4-7对比管段取样拉伸性能仍满足标准要求。

(4)硬度测试在金相试面上进行，各管段均在向火面和背火面各测试4点，共测试8点。由测试结果可见，B1-3-1裂口附近J1试样向火面硬度在DL/T438-2016对12Cr1MoVG硬度的要求下限值附近。其余管段硬度较为均匀，满足DL/T438-2016对12Cr1MoVG钢管硬度的要求。(5)对B1-3-1管段裂口附近取样J1及裂口远端取样J2母材金相观察可见，金相组织为铁素体+碳化物，碳化物粒子在铁素体晶界上分布，晶粒度约7～8级，球化级别4.5级，属于严重球化，见图3、图4。

裂口上部取样管B1-3-2和裂口相邻管取样B1-2管段试样母材金相组织为铁素体+碳化物，碳化物粒子在铁素体晶界上分布，晶粒度约7～8级，球化级别4.5级，属于严重球化。对比管B4-7管段试样母材金相组织为铁素体+碳化物，大部分的碳化物已分布在铁素体晶界上，有少量的珠光体或贝氏体区域，晶粒度约7～8级，球化级别4级，属于完全球化，见图5、图6。

(6)当量温度计算，锅炉管在运行过程中由于受到蒸汽介质作用，在管子内壁会形成一层致密的氧化皮。氧化皮的传热热阻较大，阻隔了蒸汽介质与管壁金属的热量交换，从而导致管壁金属温度升高，而温度升高又加速了其氧化过程。随着运行时间的增长，各管段的金属壁温将不断升高。可见，氧化皮的增厚与超温的形成紧密相联，它最终将导致管子蠕变失效或过热不锈钢管裂开。

同时，高温锅炉管内壁氧化皮的增长厚度与其在该段服役期内的当量金属温度有一定的对应关系。某段管子不管它曾经在何种温度、何种应力条件下运行了多少时间，其寿命的损耗程度总可以等效于在某一固定的金属温度及特定的应力条件下服役了相同时间，这个等效的金属温度就称之为当量金属温度。