Page 60 - 理化检验-物理分册2019年第二期

张益铭, 等: 某油田锅炉给水预热器开裂失效分析

果显示, 试样裂纹沿晶界分布且不连续, 裂纹附近铬 差异较大 [ ２ ] , 在高温高压的工作环境下, 由于疲劳应
元素和镍元素含量较低, 裂纹内部的灰黑色氧化物 力的作用易形成裂纹 [ ３ ] .另一方面, 材料内部存在
主要为氧化铁. 超尺寸的 B 类和 C 类夹杂物, 夹杂物的存在会降低
材料的力学性能 [ ４ ] , 超尺寸夹杂物和基体之间易分
２ 综合分析
离产生微裂纹.由于材料韧性较低, 在锅炉给水预
综合以上理化检验结果分析, 该开裂锅炉给水 热器材料本身存在的残余应力和工作内压引起的应
预热器材料硬度远高于 GB / T４２３７－２０１５ 技术要 力作用下, 晶界微裂纹不断扩展连接, 最终引发预热
求; 试样显微组织为马氏体和少量铁素体, 晶粒度为 器管壁开裂失效.
９．０ 级, 不符合该不锈钢种所要求的奥氏体组织, 且 ３ 结论
存在超尺寸的 B 类及 C 类夹杂物.锅炉给水预热
器的设计 材料为 ０６Cr１９Ni１０ 奥 氏 体 不 锈 钢, 化 学 ( １ )开裂锅炉给水预热器材料的化学成分和硬
成分分析结果不合格, 铬元素含量仅为 １５．０６％ , 镍 度均不符合 GB / T４２３７－２０１５ 对 ０６Cr１９Ni１０ 奥氏
元素含 量 为 ５．０３％ , 远 低 于 GB / T４２３７－２０１５ 对 体不锈钢的要求.
０６Cr１９Ni１０ 不 锈 钢 所 要 求 的 铬 元 素 含 量 为 ( ２ )预热器材料中铬和镍元素含量过低, 导致
１７．５％~１９．５％ 、 镍 元 素 含 量 为 ８．００％ ~１０．５０％ . 显微组织为马氏体 ＋ 少量铁素体, 使材料硬度增大,
在奥氏体不锈钢中, 铬元素和镍元素为主要合金元 韧性降低; 材料中磷元素含量超标, 进一步降低了材
素, 也是奥氏体主要稳定元素.研究表明, 当碳含量 料的塑性和韧性.
为０．１％ 、 铬含量为１８％ 时, 镍含量至少为８％ , 才能 ( ３ )铬元素含量低, 材料晶界处极易遭受腐蚀
在室温下获得稳定的奥氏体组织, 由于试样中铬和 并产生微裂纹, 在锅炉给水预热器材料本身存在的
镍含量过低, 已经不能在室温下获得稳定的奥氏体 残余应力和工作内压引起的应力作用下, 晶界微裂
组织, 而是形成了马氏体 ＋ 少量铁素体组织, 因而材 纹不断扩展连接, 最终引发预热器管壁开裂失效.
料的硬度偏高, 韧性降低; 同时, 材料中铬元素含量
参考文献:
低, 在晶界上易形成贫铬区, 晶界邻近区域 电位下
降, 而晶粒本体仍维持钝态, 电位较高, 晶粒与晶界 [ １ ] 王建 ． 晶间腐 蚀 的 危 害 及 原 因 分 析 [ J ] ． 铸 造 技 术,
构成微电池, 在该工况下贫铬区易遭受腐蚀产生微 ２０１１ , ３２ ( １２ ): １７５６Ｇ１７５９．
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素含量的超标, 进一步降低了材 料的塑性和韧性.
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因此, 认为试样失效主要原因是由于管箱外壁材料
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化学成分不符合标准要求.
[ ４ ] 孙明道, 刘喜, 郭国芳, 等 ．５５０kV 断路器操作机构轴
锅炉给水预热器的工作温度为１７６~２８０℃ , 工 销的断裂原因分析[ J ] ． 理化检验( 物理分册), ２０１７ ,
作内压为 ４．３ MPa , 介质成分复杂.裂纹发生在焊 ５３ ( ５ ): ３４９Ｇ３５２．
缝附 近 , 这 是 因 为 焊 缝 接 头 各 个 区 域 的 力 学 性 能

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