Page 98 - 理化检验-物理分册2024年第十一期

徐燕健，等：某亚临界锅炉过热器管腐蚀泄漏原因

图 4 析出碳化物的能谱分析结果
洞；脱落氧化皮存在明显的分层结构，近管壁侧氧化
皮结构较致密，蒸汽侧氧化皮结构较疏松，氧化皮主
要为Fe 2 O 3 和少量Fe 3 O 4 。
金属材料的性能由合金的化学成分及组织结构
决定 。T91钢是一种高合金耐热钢，铬元素使材料
[5]
的抗氧化能力和耐腐蚀能力增大；钼元素使材料的
再结晶温度升高，以增大材料的高温蠕变断裂强度；
50 µm
钒、铌、氮等元素与钢中的碳化物形成弥散的碳化物
图 5 脱落氧化皮的 SEM 形貌 [6-7]
稳定相M 23 C 6 ，保证了材料的热强性 。在正火+
回火热处理状态下，T91钢形成细小的回火板条状
马氏体，位错密度较高，保证了材料高热强性、抗氧
化性和耐腐蚀性 。当温度过高时，合金中的铬、钼
[8]
元素不断向碳化物转移，形成粗化的碳化物析出相，
削弱了铬、钼元素的固溶强化作用。粗化的碳化物
相聚集在晶界，导致材料界面的强化效果变差，马氏
体位向遭到破坏，使位错密度降低、强度下降、硬度
降低，材料出现蠕变损伤。
爆口位置处于蒸汽紊流区，过热器管内表面在
高温蒸汽环境下发生氧化，表面形成一层氧化皮，阻
图 6 脱落氧化皮的 XRD 谱图 碍了蒸汽介质与管壁金属的热量交换，导致管子的
少量Fe 3 O 4 。 热传导性能恶化，该管段实际温度随运行时间的延
2 综合分析 长不断升高；在长期过热作用下，回火马氏体相遭到
破坏，并向过热的铁素体转变，逐渐在晶界处析出碳
由上述理化检验结果可知，爆口位置为弯头焊
化物颗粒；T91钢基体和氧化皮的热膨胀系数差异
缝上端约400 mm的直管处，爆口呈鼓包状，内外表
较大，疏松多孔的Fe 2 O 3 与基体材料的黏结性较差。
面均可见大量纵向平行的龟裂裂缝，胀粗明显，边缘
当氧化皮达到一定厚度时，在高温波动和交变应力
减薄严重；爆口内表面可见结构疏松的黑色氧化皮 的综合作用下，氧化皮发生脱落并堆积于下部弯管，
层，并出现剥离和脱落现象；爆口向火面强度明显下 导致蒸汽流通截面积减小以及流量下降。T91钢管
降，硬度低于标准要求；爆口处组织中含有铁素体和 过热加剧后，材料位错密度降低并形成蠕变孔洞，在
碳化物，为过热老化组织，马氏体浮凸形貌消失，晶 交变应力作用下，孔洞发展为蠕变裂纹，导致管子的

粒沿纵向拉长变形，晶界处大量碳化物析出，爆口附 强度和硬度迅速降低 ；脱落的氧化皮导致管壁逐
[9]
近可观察到微观蠕变孔洞和裂纹；析出碳化物主要 渐减薄，因此管壁承受的应力不断变大，最终导致过
为铁和铬的碳化物，且裂纹附近存在明显的蠕变孔 热器发生爆管事故。

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