锅炉末级再热器TP３１０HCbN奥氏体耐热钢弯头 泄漏原因分析

摘 要:通过宏观检验、化学成分分析、力学性能测试、金相检验、断口扫描电镜分析等方法,对某锅炉末级再热器用 TP３１０HCbN 奥氏体耐热钢弯头泄漏原因进行了分析.结果表明:该弯头泄漏是因为其曾受到磕碰,破坏了钢管外表面的钝化膜;在腐蚀介质、管内压应力、弯管残余应力以及凹坑处附加内应力的共同作用下,弯头发生了应力腐蚀开裂.

关键词:TP３１０HCbN 奥氏体耐热钢;弯头;泄漏;磕碰;应力腐蚀开裂

中图分类号:TG１４２．７;TM６２１．２ 文献标志码:B 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０８Ｇ０６０７Ｇ０４

HR３C是日本住友公司在 TP３１０钢的基础上,通过复合添加铌、氮合金元素研制出的一种新型奥氏体耐热钢.HR３C 是日本住友的企业牌号,其在ASME标准中的对应牌号为SAＧ２１３TP３１０HCbN,该材料具有优异的高温综合性能、良好的抗蒸汽氧化性能以及抗高温腐蚀性能,已广泛用于国内外超超临界机组锅炉的高温过热器、再热器管等[１Ｇ３].

某超超临界电站锅炉末级再热器运行过程中发生泄漏,泄漏位置为末级再热器进口左数第１０屏炉前第３根弯头底部,泄漏发生在弯头内弧处.泄漏弯 头 材 料 为 TP３１０HCbN 耐 热 钢,规 格 为?６０mm×４mm,截止泄漏时,共运行约 ４０００h.为查明泄漏原因,笔者对该奥氏体耐热钢弯头进行了检验和分析,以避免类似失效事故的再发生.

１ 理化检验

１．１ 宏观检验

对泄漏样管进行宏观观察,如图１所示,可见弯头内弧侧存在纵向裂纹,主裂纹扩展过程中有分支裂纹存在,主裂纹长度约为１３０mm,主裂纹及其两侧有明显的凹坑,主裂纹已贯穿钢管壁厚.对样管右半部分的凹坑内部进行进一步观察,如图２所示,可见每个凹坑内部均分布着一条微裂纹,微裂纹方向与凹坑长轴方向一致.对图２所示的样管内壁进行观察,如图３所示,可见与外壁凹坑对应位置存在内壁凸起.

将样管沿着图１所示的方框虚线锯切,对左段的主裂纹断口及外壁形貌进行观察,如图４所示,可见两个凹坑内部均有微裂纹且与主裂纹相交,裂纹均 从 外 壁 向 内 壁 扩 展,但 并 未 贯 穿 钢 管 壁 厚.图４所示虚线左侧的凹坑在外壁上面积较大,在内壁上无明显凸起,凹坑内部的裂纹在外壁上分布较长,裂纹已扩展到凹坑以外的区域;由断口形貌可以看出,虚线右侧的凹坑处明显从外壁向内壁凹陷.

１．２ 化学成分分析

采用 QSNＧ７５０ 型直读光谱仪对 TP３１０HCbN钢泄漏样管进行化学成分分析,结果如表１所示.可见 样 管 的 化 学 成 分 符 合 ASME SAＧ２１３/SAＧ２１３M－２０１７对于 TP３１０HCbN 耐热钢管成分的技术要求.

１．３ 力学性能测试

在 TP３１０HCbN 钢泄漏样管直管段取样,采用WDWＧ３００E电子万能试验机和 HBＧ３０００C型布氏硬度计进行室温拉伸试验和硬度试验,结果如表２所示.可见样管的各项 力 学 性 能 均 符 合 ASMESAＧ２１３/SAＧ２１３M－２０１７对于 TP３１０HCbN钢管的规定.

１．４ 金相检验 

在图４所示的虚线位置取金相试样,对其横截 面形貌进行观察.根据裂纹在横截面上的位置,将 图５中两条裂纹分别称为非凹坑裂纹和凹坑裂纹.