應(yīng)力腐蝕失效分析案例

1、案例 火電機(jī)組奧氏體鋼管材失效分析1 背景介紹2宏觀檢驗(yàn)3化學(xué)成分及機(jī)械性能檢驗(yàn)4金相分析5電子探針檢驗(yàn)6內(nèi)應(yīng)力分析7結(jié)果分析 8防治對(duì)策1 背景介紹 廣東省沿海某電廠發(fā)生的一起煤氣爐爆破事故。該電廠1號(hào)機(jī)組的鍋爐,是國內(nèi)某鍋爐廠D1025/18.2-3型再熱自然循環(huán)煤氣爐,過熱蒸氣最大連續(xù)蒸氣量1025/,出口壓力17.4,出口溫度540。全大屏過熱器共有4屏,布置在爐膛上部,橫向節(jié)距2743.2,縱向節(jié)距61,管徑517,外圈第1、2根和最內(nèi)圈作夾持管，材料為304,其余管均為12r1,每大屏由8小屏組成,每小屏有6根管子,繞成形。全大屏工質(zhì)進(jìn)口溫度為406,工質(zhì)出口溫度462,工作壓力1

2、8.6。機(jī)組自投入使用到該次事故發(fā)生累計(jì)運(yùn)行3400,本次事故爆破的全大屏過熱器管共18根, 其中12根為二次事故所致。2 宏觀檢驗(yàn) 爆口均發(fā)生在小角度1730彎頭附近,裂口均為橫向,在一次爆口的6根管子中有些管由外向內(nèi)裂,有些則由內(nèi)向外裂,管徑未漲粗,斷口較平整,裂口內(nèi)壁附近存在平行的未穿透的橫向裂紋,管外壁附有黑色的氧化層，管外壁局部有彎管留下的壓痕,這些區(qū)域的背面有較淺的橫向裂痕萌生。3 化學(xué)成分及機(jī)械性能檢驗(yàn)4 金相分析 在爆口附近制備金相試樣,晶粒度36級(jí),單相奧氏體,沿晶裂紋,裂紋中充滿灰色的腐蝕物。5 電子探針檢驗(yàn) 斷口及管子外表面氧化物成分見表3, 能譜分析發(fā)現(xiàn)管子微裂紋處存在

3、、元素。6 內(nèi)應(yīng)力分析 在小彎頭區(qū)域取樣用衍射儀2法進(jìn)行測(cè)量,其結(jié)果見表4。 e(222)晶面應(yīng)力常數(shù)為586,計(jì)算求得=164a(壓應(yīng)力)，試驗(yàn)還表明試樣存在明顯的應(yīng)力梯度。7 結(jié)果分析 304管材化學(xué)成分及機(jī)械性能均符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),管壁未減薄,金相組織也未發(fā)現(xiàn)異常。一次失效事故中所有的爆口和裂紋既不存在于管子的直段也不在管子變形量最大和爐溫最高的下彎頭處,而全部集中在變形量不大的小彎頭附近,表明該材料在同一環(huán)境下失效與小彎頭附近材料的狀況有某種關(guān)系。爆口附近及管子內(nèi)外壁小裂紋的形貌均為沿晶裂紋,裂紋中充滿灰色的腐蝕物,爆口及裂紋方向與彎頭加工變形方向垂直。盡管經(jīng)過爆管和試樣割取釋放了大部分的

4、內(nèi)應(yīng)力,衍射測(cè)量中仍可發(fā)現(xiàn)試樣中存在明顯的應(yīng)力和應(yīng)力梯度，可以確定失效的原因是由于應(yīng)力腐蝕所致。 從斷口表面的電子探針分析結(jié)果,致密氧化層表明這種爆破失效是一緩慢的過程,管子的有關(guān)區(qū)域有可能在投入運(yùn)行之前就存在一些缺陷。經(jīng)了解, 由于工程進(jìn)度的原因,這批管子在安裝前已在工地放置了1年多時(shí)間,由于工地面臨大海,又屬于亞熱帶地區(qū),空氣濕度大,具有形成應(yīng)力腐蝕的外部條件。夾持管材料延伸性較好,小角度處轉(zhuǎn)彎較多但變形量不大，從管子外壁局部區(qū)域存在彎管時(shí)留下的壓痕可推斷彎管時(shí)加熱溫度不足。從試樣內(nèi)應(yīng)力分析可見管子彎后熱處理不妥導(dǎo)致這一區(qū)域的殘余應(yīng)力得不到有效消除,加上該電廠的特殊地理環(huán)境氣候條件,使得裂

5、紋沿著管子拉應(yīng)力垂直方向開始萌生并逐漸加深,致使投入運(yùn)行3000多小時(shí)就爆破失效。眾多管子幾乎在同一時(shí)間爆破,而破口既有由內(nèi)向外也有由外向內(nèi),橫向小裂紋管子內(nèi)外壁均有,表明腐蝕介質(zhì)或氣氛對(duì)管子內(nèi)外壁的入侵是同時(shí)的、均勻的。8 防治對(duì)策 近年來，我國沿海地區(qū)大容量機(jī)組安裝較多,不銹鋼管材失效爆破的事故時(shí)有發(fā)生,并幾乎都是應(yīng)力腐蝕所致,一爆就是一大片,對(duì)正常生產(chǎn)影響較大。由于地處沿海地區(qū),特別是南方亞熱帶氣候,控制腐蝕介質(zhì)或腐蝕氣氛的難度較大,有些生產(chǎn)單位曾寄希望于更換更高檔次的材料以求保證機(jī)組的正常運(yùn)行,以致機(jī)組安裝及維修的費(fèi)用增大,造成不必要的浪費(fèi)。304這種管材是比較成熟的材料,國外已有多年的運(yùn)行歷史，是比較理想的材料對(duì)氯離子和應(yīng)力腐蝕比較敏感是奧氏體不銹鋼的共同弱點(diǎn),材料本身的內(nèi)應(yīng)力和外部的腐蝕介質(zhì)或腐蝕氣氛是不銹鋼材料應(yīng)力腐蝕失效的內(nèi)因和外因,只要能有效控制就能有效降低其失效幾率。沿海地區(qū)的機(jī)組除了要加強(qiáng)措施做好防腐工作外,更重要的是要從控制內(nèi)因方面著手,制造廠家和安裝單位對(duì)彎管的不圓度和彎管及焊接的熱處理工藝