TP347H奥氏体不锈钢高温过热器爆管原因分析

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1、2012年02月吉林电力Feb．2012第40卷第1期(总第218期)JilinElectricPowerVo1．40No．1(Ser．No．218)TP347H奥氏体不锈钢高温过热器爆管原因分析AnalysisonTube—burstingofTP347HAusteniticStainlessSteelHigh——temperatureSuper—-heater赵勇(大唐长春第三热电厂，长春130103)摘要：针对某电厂高温过热器爆管试样进行宏观形貌分析、金相分析、力学性能测试、晶间腐蚀试验，试验结果表明，爆管是由于TP347H奥氏体不锈钢过热器管在弯制后未按规定进行固溶处理，材料在6

2、00C运行时敏化，导致碳化铬在晶界上析出使晶界弱化，在腐蚀介质及各种应力共同作用下，发生晶间腐蚀爆管。关键词：奥氏体不锈钢；高温过热器；爆管；晶间腐蚀中图分类号：TK223．32；TG142．25文献标志码：B文章编号：1009—5306(2012)01～0050—02随着经济的高速发展，火力发电已进入大容量、无鼓包、胀粗等超温现象。高参数、序列化发展阶段，超(超)临界机组已成为国1．2裂纹及断口形貌内火力发电的主流机组。目前亚临界或超临界压力图l为爆裂管子裂纹的微观形态，金相组织为锅炉过热器最高实际壁温均超过600C，珠光体耐奥氏体，晶界有少数碳化物聚集，晶粒较均匀，裂纹热钢已不适用，

3、而贝氏体耐热钢虽有良好的组织稳均为沿晶裂纹。图2为断口的电镜扫描图，未见明显定性、较高的高温长时性能和良好的工艺性能，但由疲劳断裂特征。该锅炉通过168h试运行后，累计运于铬含量较低，在600C以上时抗氧化能力较差，因行时间不到1000h，故可排除长期运行过热的可能而也不能完全适应亚临界及以上参数锅炉的要求。忡．爆口不具衙短时超渝爆几特目前在超临界锅炉过热器高温段广泛使用TP347H等奥氏体不锈耐热钢。某电厂高温过热器材质为TP347H奥氏体不锈钢，累计运行时间不到1000h，相继发生4次爆管事故，造成了较大的经济损失。本文利用理化、金相、电镜能谱分析等方法对爆管试样进行测试，分析其破坏

4、的原因。l试验分析图1爆管裂纹形态200倍1．1宏观分析过热器开裂位置均在弯管内弧侧，沿周向开裂。对裂纹处割取试样观察，发现外壁裂纹比内壁裂纹长。裂纹打开后可见断口较为平整，从断裂纹路的指向可以看出断裂的起源区、扩展区和终端区，起源区位于外壁，裂纹由外壁向内壁发展。断口较为平整，属于脆性断裂，无明显塑性变形。断口表面有一定量图2断口的微观形貌图垢层，弯管内外表面无折叠、轧折、结疤等表面缺陷，1．3理化分析收稿日期：2011—12-10作者简介：赵勇(1976一)，男，工程师，从事火电厂金属监督、锅炉压力容器监察工作。·50·2012年O2月吉林电力Feb．2012第4O卷第1期(总第21

5、8期)JilinElectricPowerVo1．4ONo．1(Ser．No．218)对过热器管横截面不同区域做金相分析，金相组织为奥氏体+沿晶分布的碳化物，晶粒度3．5级，能观察到明显的孪晶和滑移线，说明管子弯管后未进行固溶处理。对过热器管进行化学成分分析，材质符合ASMESA213—92标准对TP347H新钢管化学成分的要求。根据GB228／T-20o2~金属材料室温拉伸试验方法》对过热器管试样进行常温力学性能测试，抗拉强度平均值为610MPa，符合ASTMSA213—92标准对TP347H钢管的力学性能要求。图4晶间腐蚀样品的电镜扫描图5000倍1．4硬度试验硬度某种程度上可以反映

6、材料微观结构的变化，是材料力学性能表征的一项重要指标。本次硬度试验采用HXS一100oA显微硬度仪测量，加载载荷o．98N，保载时间lOS，每个样品上测量16点，测试方向从高温过热器管道的内弧面到外弧面。测试结果见图3。由图3可以看出，爆管样品硬度呈现明显的马鞍形状，分布不均匀，内弧硬度较高，从内弧面向中性面方向逐步下降，在中性面时硬度比较均匀，图5晶间腐蚀样品的能谱分析到外弧而后硬度再次卜升。经过对爆管试样进行金相组织观察、断口形貌分析、常温力学性能分析、晶间腐蚀试验、晶界碳化物能谱分析等相关测试，结果表明爆管样品的金相组织、常温拉伸性能均满足要求，滑移线的存在表明材料内部位错密度增大

7、，位错在滑移过程中交割的长：善机会越多，相互间的阻力就越大，位错便越易在晶体中塞积，促使硬度增加。爆管边缘微观存在滑移线及显微硬度偏高，说明高温过热器弯管变形后未进行固溶处理。晶问腐蚀试验表明爆管样品存在严重的钡4试1晶间腐蚀。图3爆管从内弧到外弧的硬度分布TP347H为18—8奥氏体不锈钢，不锈钢中含有1．5晶间腐蚀试验的碳与铬形成复杂的不稳定的间隙碳化物Cr。C，按GB4334．5--2000~不锈钢硫酸、硫酸铜腐蚀Cr：C与铁