高温再热器管失效分析.doc

ldh1980

高温再热器管失效分析
朱衍勇, 董　毅, 司　红, 于桂岭, 张志军, 钟振前
(钢铁研究总院,北京100081)
　　
某发电厂高温再热器管,材料为1Cr18Ni12Ti 奥氏体不锈钢, 设计使用温度545 ℃, 运行压力1317MPa ,已使用二十多年。本次例行大修,对钢管材料进行的拉力试验结果显示材料的延伸率严重下降。为了判明材料脆化的原因及对设备安全运行的影响,本工作采用SEM等对从高温再热器截取的试样进行了断口和微观组织的分析。
材料的拉伸试验可见高温再热器管向火面的断面平坦,几乎无塑性。抗拉强度测试结果波动很大,范围在350MPa～700 MPa ,相当于在正常材料的屈服强度以上到抗拉强度之间波动。选取延伸率最低的样品进行断口和微观组织分析,见到向火侧边部脆断区断口为结晶状断口,并具有沿晶倾向。高倍下观察,边部以沿晶韧窝断口为特征。在管壁的向火侧表面边缘局部还观察到完全脆性的结晶状断口,如图1。断口表面有一层片状的析出相,表明此处晶界相已连成片。图2 是试样深部韧窝状断口的高倍形貌,窝坑内有块状析出相,周围为撕裂棱。可见时效析出改变了材料的变形性能,是导致材料延伸率严重下降的主要原因。
沿横方向作钢管剖面金相,可以看到钢管向火面外表面附近的组织中出现大量块状、粒状和针状析出相,及晶界和晶内硫化物和氧化物等,如图3。深灰色相为硫化物或氧化物;针状析出相呈浅白色,主要分布于晶内;块状、粒状析出相呈浅色,多分布于晶界。图4 和图5 是管壁心部组织中的析出相形态,主要为断续和半连续的颗粒状。针状析出相分布深度次之,针状相在晶内的取向有明确的方向性,如图6。晶界氧化物的分布深度比针状析出相分布深度略浅,一般在数个晶粒尺度范围。
用EDS 方法分析各种相组织的成分,结果针状相中明显富铬,其灰度与基体组织相近,表明这种相应为富铬贫镍的金属间化合物。对于Fe2Cr2Ni 系奥氏体不锈钢,长期高温时效在晶内析出的具有一定取向的针状析出相,是组成CrFe 的σ相。分析出晶界块状析出相中的铬含量达60 %以上,主要为铬的碳化物。表层晶界和晶内深灰色相中分析出很高的硫含量,是高温硫腐蚀的产物。表明钢管表面的氧化和腐蚀过程有硫参与,因硫化物腐蚀产物的致密性较低,不但不能有效阻止硫或氧进一步向内扩散,还会破坏具有较致密结构的铬的氧化物对表面的保护作用。

[ 本帖最后由 cxcwsq 于 2008-6-27 20:40 编辑 ]