李 澤，俞 曠

（華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030）

0 引言

T23鋼是在T22鋼（2.25Cr-Mo）的基礎(chǔ)上吸收了102鋼的有點(diǎn)加以改進(jìn)，通過(guò)降低C含量，以W元素替代部分Mo元素，并加入了Nb、V等元素來(lái)提高蠕變強(qiáng)度，同時(shí)加入微量B元素以提高淬透性，以獲得完全的貝氏體組織，是一種高強(qiáng)度和高韌性的貝氏體耐熱鋼。目前T23鋼管已經(jīng)廣泛引用于超（超）臨界機(jī)組的水冷壁、過(guò)熱器以及再熱器[1]。

1 概述

某電廠#2號(hào)鍋爐為SG-1913/25.4-M958型超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，自投產(chǎn)以來(lái)末級(jí)過(guò)熱器已發(fā)生兩次爆管，第一次爆管時(shí)間為2016年9月21日下午4時(shí)，爆管位置為末級(jí)過(guò)熱器左起第8屏、前數(shù)第8根管子的迎流面，第二次爆管時(shí)間為2017年10月4日下午1時(shí)，爆管位置為末級(jí)過(guò)熱器左起第36屏、前數(shù)第7根管子的迎流面，材質(zhì)均為SA213-T23，規(guī)格為?38.1mm×7.96mm。第二次爆管時(shí)已累計(jì)運(yùn)行12072h。本文擬通過(guò)宏觀檢查、金相檢驗(yàn)及拉伸試驗(yàn)對(duì)第二次爆管樣品進(jìn)行爆管原因分析。

2 試驗(yàn)方法與結(jié)果

2.1 宏觀檢查

截取爆管段，宏觀形貌如圖1（a）～（c）所示。爆裂口長(zhǎng)約32mm，寬約5mm，位于彎頭的外弧面，呈縫隙狀，沿縱向開裂。爆口斷面粗糙呈顆粒狀，沒(méi)有明顯塑性變形，邊緣呈鈍邊且不平整，表現(xiàn)為脆性斷裂特征[2]。爆口附近有許多平行于破口的小裂紋，內(nèi)外表面氧化皮較厚，氧化皮沿縱向開裂，部分氧化皮剝落，具有長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱爆管的特征。

圖1 爆管管段及爆口宏觀形貌Fig.1 Macroscopic morphology of the tube section and the burst

對(duì)爆管樣品進(jìn)行管徑測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。爆口裂紋末端（上方）、爆口裂紋末端（下方）及爆口上方距彎頭中心250mm處脹粗量C（%）均已超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 爆口附近管子外徑測(cè)量結(jié)果Tab.1 Measurement results of tube outer diameter near the detonating surface

2.2 化學(xué)成分分析

將爆管樣品的母材段取樣，進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果表明，管樣的化學(xué)成分基本符合ASME標(biāo)準(zhǔn)要求，詳見(jiàn)表2。

表2 化學(xué)成分分析結(jié)果Tab.2 Results of Chemical composition analysis wt,%

2.3 機(jī)械性能測(cè)試

根據(jù)GB/T 228-2002《金屬拉伸試驗(yàn)方法》，截取爆口上方管樣，加工成全壁厚縱向弧形拉伸試樣，在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，其抗拉強(qiáng)度低于ASME標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，詳見(jiàn)表3。拉伸試驗(yàn)中，由于爆口上方管段的下屈服點(diǎn)在拉伸曲線圖上不明顯，故未檢測(cè)出下屈服強(qiáng)度。

表3 拉伸性能測(cè)試結(jié)果Tab.3 Results of tensile test

2.4 金相組織檢查

截取爆口管子的橫截面進(jìn)行金相檢查，截取位置為爆口邊緣、爆口裂紋末端和爆口上方距爆口中心約600mm處，浸蝕劑為4%硝酸酒精溶液。金相顯微鏡型號(hào)為OLYMPUS PME3-323UN，觀察拍照結(jié)果見(jiàn)圖2（a）～圖2（f）。爆口邊緣和爆口縱向末端附近有蠕變孔洞、孔洞鏈和微裂紋，見(jiàn)圖2（a）、圖2（b）。爆口邊緣、爆口裂紋末端的金相組織均為鐵素體+碳化物，碳化物沿晶界聚集成顆粒狀，組織老化級(jí)別為5級(jí)，見(jiàn)圖2（c）、圖2（d）。爆口背面和離爆口中心約600mm處管子的金相組織為鐵素體+貝氏體+碳化物，組織老化級(jí)別為4級(jí)，見(jiàn)圖2（e）、圖2（f）。

圖2 爆管管段及爆口微觀形貌Fig.2 Micromorphology of the tube section and the burst

2.5 分析與討論

（1）從爆管的宏觀檢查結(jié)果看，斷口粗糙呈顆粒狀，沒(méi)有明顯塑性變形，屬脆性斷裂。爆口附近有許多平行于破口的小裂紋，管子內(nèi)外表面氧化皮較厚，氧化皮沿縱向開裂，部分氧化皮剝落，具有典型的長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱爆管特征。氧化皮的傳熱熱阻較大，使得蒸汽和管壁的熱交換受到阻礙，又加劇了管壁溫度的升高及氧化過(guò)程，這將會(huì)導(dǎo)致管子的最終蠕變損傷加劇及過(guò)熱爆管[3-4]。

（2）從金相檢查結(jié)果來(lái)看，金相組織嚴(yán)重老化。T23材料的正常金相組織為回火貝氏體，而爆口邊緣和爆口縱向末端的金相組織中組織均為鐵素體+碳化物，碳化物沿晶界聚集成顆粒狀，組織老化級(jí)別為5級(jí)。金相組織中發(fā)現(xiàn)有蠕變孔洞，這是在一定的溫度和應(yīng)力條件下形成的孔洞，很多蠕變孔洞聚集形成鏈狀，產(chǎn)生微裂紋，微裂紋逐步沿著最有利的方向逐步擴(kuò)展，最后導(dǎo)致整個(gè)管材斷裂。由于彎頭處有外弧切向最大拉應(yīng)力的作用，更有利于蠕變孔洞的形核和長(zhǎng)大，溫度和應(yīng)力的共同作用導(dǎo)致其在彎頭處發(fā)生蠕變斷裂。

（3）化學(xué)成分分析表明，管子材質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，沒(méi)有錯(cuò)用鋼材。

（4）拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，爆口附近管段的抗拉強(qiáng)度Rm明顯低于ASME標(biāo)準(zhǔn)要求，這可能是由于受檢管材在長(zhǎng)期超溫超壓工況下運(yùn)行，金相組織老化嚴(yán)重，導(dǎo)致管材抗拉強(qiáng)度明顯下降。

綜上所述，該鍋爐末級(jí)過(guò)熱器管因長(zhǎng)期超溫運(yùn)行，導(dǎo)致其蠕變速度加快，管徑脹粗，材質(zhì)老化，產(chǎn)生蠕變孔洞、蠕變微裂紋，微裂紋逐步擴(kuò)展，最后導(dǎo)致整個(gè)管材斷裂。

3 結(jié)論及建議

某電廠2號(hào)鍋爐末級(jí)過(guò)熱器管由于經(jīng)受長(zhǎng)期過(guò)熱造成管子蠕變損傷嚴(yán)重，最終導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱爆管。建議電廠調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，防止超溫運(yùn)行，加強(qiáng)對(duì)末過(guò)管屏的宏觀檢查和管徑脹粗測(cè)量，在爆管附近增設(shè)壁溫測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)末過(guò)管壁溫度的監(jiān)控。

[1]金科，聶銘，范振寧，等．T23鋼管材老化性能評(píng)估[J]．廣東電力，2007，20(2)：44-47．Jin Ke， Nie Ming， Fan Zhenning， et al.Performance Evaluation of T23 Steel Tube Aging[J].Guangdong Elec?tric Power，2007，20（2）：44-47.

[2]王鵬．4號(hào)爐末級(jí)過(guò)熱器爆管原因及“四管”爆漏的防范措施[J]．華北電力技術(shù)，2005，(12)：34-36．Wang Peng.Reason Analysis on Tube Rupture of Final Superheater of No.4 Boiler[J].North China Electric Pow?er，2005，(12)：34-36．

[3]肖國(guó)振，尹成武，朱平，等.超臨界鍋爐末級(jí)過(guò)熱器T23管性能狀態(tài)評(píng)估及監(jiān)督管理[J]．鍋爐技術(shù)，2013，44(1)：63-66．Xiao Guozhen，Yin Chengwu，Zhu Ping，et al.Perfor?mance state evaluation and supervision management of supercritical boiler T23 superheater tube[J].Boiler Tech?nology，2013，44(1)：63-66．

[4]趙慧傳，孫標(biāo)，楊紅權(quán)，等.超臨界600MW機(jī)組鍋爐末級(jí)過(guò)熱器管材服役現(xiàn)狀分析及改造建議[J]．中國(guó)科技投資，2013，42(1)：1-4．Zhao Huichuan，Sun Biao，Yang Hongquan，et al.Cur?rent service situation and retrofitting advices for tubes on final superheater in supercritical boilers[J].Thermal Power Generation，2013，42(1)：1-4．