Page 74 - 理化检验-物理分册2022年第五期

杨军胜, 等: 12Cr1MoVG 钢屏式再热器爆管原因

爆口处外壁和内壁均分布着较多纵向的沿晶蠕 锅炉燃烧过程中, 煤粉颗粒所含易熔或易气化
变裂纹。裂纹在外壁为沿铁素体晶界, 由外壁向内 的物质迅速挥发成气态进入烟气, 当温度降低时发
壁扩展, 裂纹在内壁为由内壁向外壁扩展。对裂纹 生凝结, 黏附在烟气冲刷的受热面、 炉墙上, 或在飞
尖端的微观形貌进行观察发现, 裂纹一直延伸至管 灰颗粒表面形成熔融的碱化物膜( 也称碱性膜), 然
壁中部, 严重球化的铁素体晶界周围存在沿晶微裂 后黏附在受热面上形成初始结焦层, 成为结焦发展
纹。能谱分析结果显示: 裂纹内的腐蚀产物主要成 的条件。随着外表面温度不断升高, 结焦层越来越
分为铁的氧化物, 并且含有一定量的硫元素。扫描 厚。结焦使受热面的传热热阻增大, 传热恶化导致
电镜分析结果与金相检验结果一致, 进一步证明该 火焰中心上移, 炉膛出口烟气温度升高, 金属管壁的
爆口具有典型长时过热的特征。 温度甚至出现超温, 从而加剧了金属材料的氧化和
组织老化。
2 综合分析 12Cr1MoVG 钢材料的显微组织为铁素体 + 贝

由理化检验结果可知, 直管段试样的力学性能 氏体, 贝氏体中的渗碳体具有较大的表面能, 存在从

和硬度均满足标准 GB / T5310 — 2017 的要求, 其显 较高能量向较低能量转化的趋势, 在高温和内外应
微组织为铁素体 + 贝氏体 + 碳化物, 直管段试样向 力的长期作用下, 原子扩散能量增强, 逐渐发生渗碳
火面的球化级别为 3 级( 中度球化), 背火面的球化 体由片状向球状的球化转变 [ 7 ] 。渗碳体从固溶体中
级别为 2 级( 轻度球化), 可见高温服役后直管段试 析出, 逐渐聚集长大并向晶界转移 [ 8-9 ] , 使材料的热
样向火面的性能、 组织劣化较为严重。直管段的内 强性下降, 最终发生高温蠕变, 产生蠕变裂纹。蠕变
壁、 外壁均覆盖有一层较薄的氧化层, 壁厚未见明显 裂纹是由蠕变过程中晶界滑动在晶界三叉节点应力
集中造成的 [ 10 ] , 先产生晶界孔洞, 形成晶界台阶, 然
减薄。
后在晶界三叉节点处产生微裂纹, 并沿晶界扩展, 在
管样弯头弯曲中心处的硬度未见异常, 其向火
内部介质压力的作用下, 最终发生蠕变开裂。
面的硬度低于背火面的硬度。向火面的显微组织为
铁素体 + 碳化物, 其球化级别为 5 级( 严重球化); 背 3 结论及建议
火面的显微组织为铁素体 + 贝氏体 + 碳化物, 其球
爆口位于弯头起弯处的向火面, 符合长时超温
化级别为 2 级( 轻度球化), 表明弯头弯曲中心处向
爆裂特征。爆口处的显微组织严重老化( 球化级别
火面的性能劣化更为严重。弯头弯曲中心处内壁、
为 5 级), 爆口周围内壁、 外壁均有较多的纵向蠕变
外壁均覆盖有一层均匀的氧化层, 向火面外壁氧化
裂纹, 且均覆盖有很厚的氧化层, 外壁氧化层最大厚

层的最大厚度为 530 μ m~557 μ m , 内壁氧化层最
度为 530 μ m~557 μ m 。弯头向火面的开裂原因为

大厚度为 270 μ m~306 μ m , 氧化是材料在高温环
外壁结焦, 导致弯头局部长时过热, 过热处管子的组
境下失效的一个重要原因 [ 4 ] ; 弯头弯曲中心处向火
织、 性能出现严重劣化使得局部发生蠕变, 产生蠕变

面的剩余壁厚为 3.9~4.1mm , 背火面的壁厚未见
裂纹, 裂纹沿晶扩展。
明显减薄。
建议加强运行管理, 跟踪监视受热面金属的壁
爆口处向火面的内壁、 外壁均有蠕变裂纹, 且均
温, 严禁超温运行。加强对锅炉燃烧的调整, 减小炉
形成较厚的氧化层, 壁厚发生严重减薄, 显微组织均
膛烟的温差, 降低烟气对受热面管子的冲刷, 防止因
为铁素体 + 碳化物, 球化级别为 5 级( 严重球化)。
火焰偏斜造成管子局部超温。加强防磨、 防爆检查,
由扫描电镜及能谱分析结果可知, 爆口处外壁氧化
必要时取样进行金相检验和氧化层检查, 评估受热
层具有 3 层结构, 最外层为较复杂的焦层, 其主要成
面管子的服役寿命, 对组织劣化严重的管子( 球化级
分为铁的氧化物, 其次含有铝、 硅、 钙、 硫、 钾等杂质
别达到 3 级或 3 级以上), 应择机进行更换, 确保锅
元素, 中间层和最内层为氧化膜, 其主要成分为铁的
炉安全稳定地运行。
氧化物, 还含有一定量的硫元素。中间层较疏松、 氧
元素含量高, 可见是金属发生了完全氧化; 最内层较 参考文献:
致密、 氧含量低, 说明金属发生了部分氧化。爆口周
[ 1 ] 国家能源局 . 火电厂用 12Cr1MoV 钢球化 评 级 标 准:
围沿晶蠕变裂纹内部的腐蚀产物除了铁的 氧化物
DL / T773 — 2016 [ S ] . 北京: 中国电力出版社, 2016.
外, 还含有一定量的硫元素。 ( 下转第 61 页)
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