Page 58 - 理化检验-物理分册2020年第二期

白 佳, 等: 超临界锅炉 T９１ 钢过热器管爆管原因分析

的快速粗化导致位错密度迅速降低, 因此可用硬度
来判断 T９１ 钢组织的老化程度. T９１ 钢的正常组
织应为细小的回火板条马氏体, 正火 ＋ 回火热处理
实现了板条马氏体强化、 界面强化、 位错强化、 颗粒
强化与固溶强化的复合强化效应 [ ７ ] .而该过热器管
爆口处组织老化, 马氏体位向的分散破坏了 T９１ 钢
的强度.
金属材料的性能是由合金的成分及微观组织结
图 ６ 过热器管析出相的 SEM 形貌
构决定的, 在长时间高温和应力作用下, 显微组织的
Fi g 敭６ SEM mor p holo gy of p reci p itate p haseof
老化和蠕变损伤引起了管材强度的下降, 同时使得
su p erheatertube
材料硬度降低, 这与硬度测试结果一致.对于该过
热器, 其组织中马氏体板条的消失说明板条内高密
度位错数量减少; 合金元素由固溶体向碳化物转移,
材料固溶强化效果下降; 组织老化后聚集在晶界的
大颗粒碳化物使得晶界强化效果下降.碳化物相成
分的变化表明合金中的铬、 钼元素随时间的延续从
基体转移至碳化物中, 并使碳化物逐渐长大、 粗化,
削弱了铬、 钼元素的固溶强化作用, 而聚集在晶界的

图 ７ 过热器管爆口处内壁氧化皮的 SEM 形貌 粗大碳化物则导致材料界面强化效果下降.
Fi g 敭７ SEM Mor p holo gy ofoxideoninnerwallof 氧化皮分析结果表明, 该过热器管在运行期间
burstmouthofsu p erheatertube 存在内、 外壁氧化的现象, 尤其是内壁形成的蒸汽氧

２ 分析与讨论 化层阻隔了蒸汽介质与管壁金属的热量交换, 导致
管的热传导性能恶化, 使得该管段实际使用温度随
过热器管爆口宏观形貌具有典型的长时过热开 运行时间的增加不断升高.过热器管内外壁的氧化
裂特征, 环焊缝内壁存在的焊瘤致使该管段气流通 现象导致壁厚随运行时间逐渐减薄, 这意味着管壁
行受阻, 蒸汽流量减少导致管内蒸汽温度升高, 易引 承受的应力将不断升高 [ ８ ] .温度和应力状态的变化
起超温运行. 使得管材老化和蠕变损伤加剧, 从而导致材料强度
T９１ 钢中的碳是起固溶强 化 作 用 最 明 显 的 元 降低.
素; 铬主要用于提高钢的抗氧化性和耐腐蚀能力; 钼
的再结晶温度很高, 是影响高铬耐热钢高温蠕变断 ３ 结论
裂强度的重要合金元素; 钒的加入能与碳形成细小 ( １ )该锅炉屏式过热器管发生爆管泄漏主要是
而稳定的合金碳化物. T９１ 钢较低的碳含量可以保 由于管的环焊缝内部存在焊瘤, 蒸汽流通不畅, 造成
证钢的塑形、 工艺性能以及碳化物的稳定性, 细小弥 管材超温运行.此外, 过热器管内壁氧化皮热阻较
散分布的 M ２３C ６ 型碳化物和 MX 相是其热强性能高 大, 影响蒸汽介质与管壁金属的热量交换, 加剧了超
的主要原因.但铬、 钼元素高温时易从基体向碳化
温现象.
物中转移, 引起 M ２３C ６ 型碳化物颗粒的粗化, 不利于 ( ２ )超温运行导致过热器管显微组织老化, 组
碳化物的热稳定性.添加矾、 铌、 氮元素可以使钢中 织中板条马氏体分解, M ２３C ６ 型碳化物在铁素体晶
析出细小弥散的 MX 相, 其与碳固溶的同时会阻止 内和晶界上偏聚长大, 管材的强度, 管壁承压能力下
铬、 钼从基体向碳化物中转移, 提高钢的高温持久强
降, 最终导致过热爆管.
度.因此, 过高的温度和铬含量不利于 M ２３C ６ 型碳
参考文献:
化物的热稳定性.
由硬度测试结果可知, 爆口位置及其附近的硬 [ １ ] 杜宝帅, 王金海, 刘睿, 等 ． 超温服役 T９１ 钢的显微组
度低于标准要求的最小值.王学等 [ ６ ] 的研究成果表
织与力学性能[ J ] ． 金属热处理, ２０１６ , ４１ ( １０ ): ６２Ｇ６５．
明, T９１ 钢硬度的显著下降是由于 M ２３C ６ 型碳化物 ( 下转第 ５４ 页)
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