蒸汽过热器管断裂失效分析

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1、蒸汽过热器管断裂失效分析摘要：某奥氏体不锈钢制蒸汽过热器管在加碱煮炉过程中发生断裂。采川力学性能测定広微观检验及能谱分析，对该断裂管进行了分析研究。结果表明，蒸汽过热管断裂失效是由碱脆造成的。主题词：碱脆；不锈钢；失效分析1概述某炼汕厂新建制氢装置的转化炉蒸汽过热器管在中压汽包加碱煮炉过程中多处发生断裂。蒸汽过热器管外径①89mm,壁厚6.5mm,材料为!Crl9Ni9奥氏体不锈钢。经现场检査，断裂均发生于与集汽管相连的蒸汽过热器的弯管上，裂纹人多位于焊接热影响区，为环向裂纹，在裂口周围管外冇结碱。典型的裂纹宏观形貌见图1和图2。图1蒸汽过热器直管段裂纹宏观形貌图2蒸汽过热器弯头裂

2、纹宏观形貌蒸汽过热器与中压汽包相连通，管外被转化炉炉气加热，管内为过热蒸汽。转化炉投入运行询先烘炉并对中压汽包进行加碱煮炉•煮炉碱液按每立方米各加入NaOH,Na2PO44kg的耍求配制，并保证65%〜75%液位。经采样分析炉水碱度达到不小于45mgdL要求。烘炉与煮炉先后结束后仃Od）,转化炉对流段入口温度保持在525°C,中压汽包仍保压运行。运行一天后发现蒸汽过热器泄漏蒸汽，漏点不断扩大,迫使转化炉降温停炉。根据现场操作记录，在煮炉过程中，蒸汽过热器的蒸汽温度在200°C以上的时间达78h,其中300°C以上的达60h。2化学成分分析与铁素体含量测定对蒸汽过热器直管、弯头利焊缝

3、金屈的化学成分进行分析,结果见农1。由农可见，蒸汽过热器直管与弯头的化学成分符合GB132961991对lCrl9Ni9钢的耍求。表1直管.弯头和焊錐金属的化学成分&/%）CMnSiCrNiSPGB13296・1991要求Q咏010<200<100U00-2Q00&00-110

4、的铁索体含量进行测定，结果直管的铁索体含量平均为1.5%（共8点），绘髙为1.84%;弯头的铁索体含量平均为0.35%（共8点），授高为0.38%;焊缝处铁素体含量平均为319%,最高为6.47%。可见,蒸汽过热器管铁素体含量正常。3蒸汽过热器管内壁渗透液检验为检验过热器管焊缝以外其它部位是否冇裂纹，将过热器直管（部分）及弯头沿对称轴切开，进行内陳渗透液检验。结果显示，除了已穿透的裂纹及部分分义外，未发现其它裂纹。4力学性能测试力学性能试样均为两种状态，叩过热器管的使用态和重新固溶热处理状态。重新固溶热处理工艺为1050°C水冷。4.1拉伸性能按GB6397-1986标准.在过热器

5、巴管段取样，试样为矩形截面全厚度试样。拉伸试验按GB228-1987标准进行。试验温度为室温。试样数星为使用态和重新固溶态各两根。试验结果见农2。表2拉伸试验结果项目侥Pa乐虫1Pa&/%使用态2685855126959153固溶态2415516022355259GB13296-1991（固涪态）>205:520壬35由衣可见，直管材料使用态和重新固溶态的拉伸性能符合GB13296-1991《锅炉、热交换器用无缝钢管》标准对lCrl9Ni9钢的要求，但直管经重新固溶热处理后，屈服强度和抗拉强度均冇所下降，延仲率冇所捉4.2弯曲性能分别在使用态和经重新固溶热处理的过热器直管和弯头处各

6、取两根试样。弯头的弯曲试样为半圆环.宽度为10mm。弯曲试样见图3。（a）直管的弯曲试样（b）弯头的弯曲试样图3蒸汽过热器管弯曲试样弯曲试验按GB232-1988标准进行。两种状态的亢管和弯头的弯曲试验均按一正一反方向进行，弯心直径为零。弯曲试验结果表明,除使用态的弯头弯曲试样在反弯（弯曲角度为270。）时开裂外,其余试样在弯曲试验过程中均未开裂.结果见图4。(a)直管的弯曲结果(b)弯头的弯曲结果图4过热器管试样的弯曲试验结果4.3硬度对重新固溶热处理前后的蒸汽过热器直管(含焊缝)、弯头的截面进行硕度测定，结果见表3。表3数据显示，蒸汽过热器管的硬度值符合GB13296-1991

7、《锅炉、热交换器用无缝钢管》标准对lCrl9Ni9钢的硬度耍求。表3蒸汽过热器儈的硬度测定结果(HRB)试样使用态使用态平均值車新固溶态車新固溶态平均值直管母材79,79,7657&271,725,7271S弯头母材765,76,797727Q5,725,7372焊縫77,78,7&5,797876,755,74,73746GB13296-1991<*"J<905裂纹形态及显微组织检验分别在转化炉含裂纹的肖管和弯头处截取试样，观察面为纵截面。宏观观察，裂纹均起裂于管内