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某電廠(chǎng)1號(hào)機(jī)組為350MW亞臨界機(jī)組，采用一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，鍋爐采用平衡通風(fēng)、直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式，鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為1170t·h-1，額定蒸發(fā)量為940 t·h-1，過(guò)熱器出口蒸汽壓力為17.5MPa，溫度為541℃，于2010年9月試運(yùn)行。

該機(jī)組鍋爐末級(jí)過(guò)熱器管子于2017年1月發(fā)生斷裂泄漏，泄漏發(fā)生在末級(jí)過(guò)熱器管屏上部，距頂棚管約1.5m處，為該末級(jí)過(guò)熱器管屏左數(shù)第25排、爐膛側(cè)第3根管子。管子材料為12Cr1MoVG鋼，公稱(chēng)規(guī)格為?51mm×9mm。為查明該末級(jí)過(guò)熱器的泄漏原因，提高鍋爐機(jī)組運(yùn)行的安全性，筆者對(duì)泄漏的末級(jí)過(guò)熱器管段進(jìn)行了取樣分析及理化性能檢驗(yàn)。

圖1 斷裂管子宏觀(guān)形貌

圖1為末級(jí)過(guò)熱器斷裂管子的宏觀(guān)形貌，可見(jiàn)管子外徑脹粗、壁厚減薄，內(nèi)、外表面均存在較厚氧化皮。斷口處最小壁厚僅為4.1mm（公稱(chēng)壁厚為9mm），壁厚減薄率為54.4％。斷口呈脆性斷裂特征，斷面粗糙，斷口附近管子外壁存在大量與斷裂方向一致的縱向蠕變裂紋，其宏觀(guān)形貌呈現(xiàn)長(zhǎng)期過(guò)熱爆管泄漏特征。

使用OBLF QSN750型直讀光譜儀，對(duì)泄漏管段進(jìn)行化學(xué)成分分析，取距斷口約60mm處試樣，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 斷裂管子的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

可見(jiàn)該管段末級(jí)過(guò)熱器管子的化學(xué)成分符合GB 5310-2008《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》對(duì)12Cr1MoVG鋼化學(xué)成分的技術(shù)要求。

為研究管子斷口附近硬度的變化，根據(jù)GB/T 231.1－2009《金屬材料布氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》，使用HB3000C型布氏硬度計(jì)分別對(duì)管基體和斷口處進(jìn)行硬度測(cè)試。每個(gè)試樣取3個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 斷裂管子的硬度測(cè)試結(jié)果HB

可見(jiàn)該泄漏管段的硬度低于DL/T 438－2016《火力發(fā)電廠(chǎng)金屬技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對(duì)12Cr1MoVG鋼硬度的技術(shù)要求，說(shuō)明該末級(jí)過(guò)熱器管材的力學(xué)性能已明顯降低。

分別取管基體和斷口處試樣，用4％（體積分?jǐn)?shù)）硝酸酒精溶液侵蝕后使用金相顯微鏡進(jìn)行觀(guān)察，其顯微組織如圖2所示。

圖2 斷裂管子的顯微組織形貌

可見(jiàn)斷口處試樣外壁處存在較多沿晶微裂紋，裂紋從外壁向內(nèi)壁擴(kuò)展，如圖2a）所示；斷口及距斷口約60mm處試樣顯微組織均為不完全相變組織（先共析鐵素體＋鐵素體＋珠光體＋碳化物），晶粒度約7.5級(jí)，碳化物均在晶界處聚集長(zhǎng)大，組織發(fā)生球化，斷口周?chē)窗l(fā)現(xiàn)淬硬組織，如圖2b）和圖2c）所示。該管段末級(jí)過(guò)熱器管子的顯微組織不符合GB 5310-2008對(duì)12Cr1MoVG鋼顯微組織為鐵素體+粒狀貝氏體或鐵素體＋珠光體或鐵素體+粒狀貝氏體＋珠光體的要求。

使用Apollo300型掃描電鏡(SEM)觀(guān)察管子斷口處外表面形貌，結(jié)果如圖3所示，可見(jiàn)管子表面存在較多蠕變孔洞，并在晶界處存在大量的球狀顆粒。

圖3 斷裂管子斷口處SEM形貌

對(duì)球狀顆粒進(jìn)行能譜(EDS)分析，結(jié)果如圖4所示，可見(jiàn)球狀顆粒以鐵、鉻的碳化物為主，這種殘余顆粒狀碳化物相的存在說(shuō)明該末級(jí)過(guò)熱器管處于長(zhǎng)期超溫運(yùn)行狀態(tài)。

圖4 球狀顆粒EDS譜