T91和TP347H異種鋼焊接高溫再熱器爆管分析

1、T91/TP347H 異種鋼焊接高溫再熱器爆管分析摘要：某電廠超臨界鍋爐高溫再熱器發(fā)生爆管。 對(duì)來(lái)樣管進(jìn)行宏觀分析，金相分析 , 利用儀器壓痕試驗(yàn) 測(cè)量了管子的力學(xué)性能。爆管斷口位于 T91/TP347H 異種鋼焊接接頭附近，細(xì)晶區(qū)存在典型的 IV 型裂紋， 力學(xué)性能合格。判斷爆管原因?yàn)楫惙N鋼焊接接頭產(chǎn)生蠕變裂紋導(dǎo)致的斷裂。關(guān)鍵詞：壓痕法，高溫再熱器，爆管Analysis of tube explosion of high temperature reheater with T91/TP347H dissimilar steel welded jointsAbstract： Tube expl

2、osion of high temperature reheater of supercritical boiler happened in a thermal power plant. The tubes were analyzed by morphology observation, metallographic examination and mechanical properties measurement by an instrumented indentation test. The fracture of the tube is near the T91/TP347H dissi

3、milar steel welded joints， there exists typicaltype IV crack in fine grain zone. The mechanical properties are qualified. It is judged that the reason of the tube explosion was caused by creeping crack of dissimilar steel welded joints.Key words: indentation test, high temperature reheater, tube exp

4、losion 1. 情況簡(jiǎn)介某電廠鍋爐為 HG-1913/25.4-YM3 型超臨界鍋爐。鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變 壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的本生(Ben So n)直流鍋爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、型布置。鍋爐島為露天布置。高溫再熱器布置于水平煙道內(nèi)，與立式低溫再熱器直接連接，采用逆順混合換熱布置。某日該鍋爐高溫再熱器發(fā)生爆管，至爆管時(shí)運(yùn)行約 10 萬(wàn)小時(shí)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查管子斷裂位 置在異種鋼焊接接頭附近，管材為 SA-213 T91 和 SA-213 TP347H ，規(guī)格為 51×4 mm。 2、理化檢驗(yàn)2.1 宏觀分析來(lái)樣管共三根，一根斷裂管兩

5、根吹損管。分析管樣編號(hào)為： 1#為包含斷口的管樣編號(hào)； 2#管和 3#管為兩根吹損管，作為對(duì)比樣管，均包含T91/TP347H 異種鋼焊接接頭。對(duì)斷裂管進(jìn)行宏觀觀察， 管子沿異種鋼焊口 T91 一側(cè)平行于熔合線斷裂 (如圖 2 所示)，無(wú)明顯塑性變形，為脆性斷裂，裂紋起源于一側(cè)，快速擴(kuò)展至對(duì)側(cè)撕裂。由于斷口被氧化物覆蓋，無(wú)法進(jìn)一步分析形貌。圖1斷口形貌。Fig.2 The appearance Of the fracture.2.2力學(xué)性能檢測(cè)壓痕法最早由美國(guó)人于1882年提出用來(lái)測(cè)試材料硬度 ，隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)可通過壓痕來(lái)測(cè)量材料其他力學(xué)性能，包括彈性、塑性、韌度等性能2。針對(duì)這一原理，

6、衍生出許多壓痕測(cè)量材料力學(xué)性能的方法。本試驗(yàn)采用的壓痕法測(cè)試儀為韓國(guó)FRoNTlCS公司生產(chǎn)的AIS3000型便攜式萬(wàn)能力學(xué)性能試驗(yàn)儀。它具有對(duì)材料破壞性小，幾乎無(wú)損，能夠測(cè) 試小微試樣、小微區(qū)域，方便攜帶等的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)2#管樣焊縫、兩側(cè)母材表面打磨拋光。使用便攜式萬(wàn)能力學(xué)性能檢測(cè)儀對(duì)焊縫、兩側(cè)熱影響度和力學(xué)檢測(cè)照片圖3.壓痕法試驗(yàn)裝備。Fig.3 The indentation test instrument.區(qū)、母材進(jìn)行硬性能進(jìn)行檢測(cè)，如圖3所示。If I I”1 L-t112345 678 9 I 1011 12 13 I1415161718192021 222324 25 j 26 :2

7、7 28 29 j303132II IT91母材焊縫T91熱影響區(qū)P347H 熱影響區(qū)附近TP347H 母材TP347H 熱影響區(qū)1、封閉區(qū)域?yàn)榇蚰伖鈪^(qū)域2、編號(hào)1-16為硬度檢驗(yàn)點(diǎn)3、編號(hào)17-32為力學(xué)性能檢驗(yàn)點(diǎn)T91熱影響區(qū)附近錯(cuò)誤！未找到引用源。為2#檢驗(yàn)樣管及檢驗(yàn)點(diǎn)位置示意圖，檢驗(yàn)結(jié)果見表1、表2表1 2#管硬度檢驗(yàn)結(jié)果Tab.1 HardneSS test results Of 2# tube編號(hào)位置硬度值（HV ）1T91母材2122T91母材2243T91母材2134T91側(cè)熱影響區(qū)附近2095T91側(cè)熱影響區(qū)附近2116T91側(cè)熱影響區(qū)附近1977T91側(cè)熱影響區(qū)2188焊

8、縫1999焊縫19310TP347H側(cè)熱影響區(qū)16611TP347H側(cè)熱影響區(qū)附近17012TP347H側(cè)熱影響區(qū)附近16713TP347H側(cè)熱影響區(qū)附近16114TP347H母材16915TP347H母材17316TP347H母材174表2 1#管力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果Tab.2 MeChaniCal test results Of 1# tube編號(hào)位置抗拉強(qiáng)度，MPa屈服強(qiáng)度，MPa1T91母材7256272T91母材7446173T91母材7396214T91側(cè)熱影響區(qū)附近7116095T91側(cè)熱影響區(qū)附近7155896T91側(cè)熱影響區(qū)附近7006117T91側(cè)熱影響區(qū)7046188焊縫68

9、53549焊縫169235610TP347H側(cè)熱影響區(qū)65933011TP347H側(cè)熱影響區(qū)附近67133112TP347H側(cè)熱影響區(qū)附近66933313TP347H側(cè)熱影響區(qū)附近67333514TP347H母材67733215TP347H母材66033216TP347H母材681334根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，2#管樣焊縫、兩側(cè)熱影響區(qū)、母材硬度值與抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均滿足 標(biāo)準(zhǔn)要求，未見異常。2.3金相分析5所示。1）將3#管沿管軸向縱向剖開，分析縱截面，磨剖后的樣品如圖圖5 3#管金相檢驗(yàn)截面Fig.5 MetaIlograPhiC examination Zone Of 3# tube.縱截面拋光

10、腐蝕進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)T91側(cè)熱影響區(qū)存在一條微裂紋，從外表面向內(nèi)壁方向擴(kuò)展，如圖6紅圈中所示：5 k圖6 3#管微裂紋照片。Fig.6 The photo of the CraCk of the 3# tube通過金相檢驗(yàn)，T91側(cè)母材組織為回火馬氏體組織，有一定老化，組織未見明顯異常（如圖7所示）。熱影響區(qū)細(xì)晶區(qū)組織老化嚴(yán)重，可見微觀孔洞 （如圖8所示），能觀察到一條從外壁向內(nèi)壁擴(kuò)展的蠕變裂紋，長(zhǎng)度約為1mm（如圖9 所示）,為典型的IV型裂紋。圖7 T91母材金相組織Fig.8 MetaIlograPhiC StrUCtUre Of T91 base material圖8 T91側(cè)細(xì)晶區(qū)蠕變

11、孔洞Fig.9 The CreeP void of the fine grain zone of T91 area.圖3細(xì)晶區(qū)蠕變裂金相照片F(xiàn)ig.10 The metallographic photo of the CreeP CraCk in fine grain zone.2）對(duì)1#管樣進(jìn)行如圖10所示的加工后對(duì)截面進(jìn)行金相組織分析。圖4 1#管取樣位置及樣品照片。Fig.10 1# tube SamPling IoCation and the SamPIe photo.經(jīng)觀察，T91斷口位于細(xì)晶區(qū)，斷口附近可以觀察到明顯的蠕變裂紋，如圖11所示:圖5斷口附近蠕變裂紋Fig.11 The

12、 CreeP CraCkS near the fracture.3.原因分析某電廠高溫再熱器爆管發(fā)生在異種鋼焊接接頭附近，管子平行于T91側(cè)熔合線斷裂，斷口為脆性斷口。通過對(duì)送檢管樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)及金相分析，管子兩側(cè)母材及焊縫力學(xué)性能合格，未見異常，；T91側(cè)金相組織為回火馬氏體，組織正常，熱影響區(qū)老化嚴(yán)重，可 見蠕變孔洞及蠕變裂紋，細(xì)晶區(qū)存在 IV型裂紋，斷口附近可觀察到蠕變裂紋。由于馬氏體鋼與奧氏體不銹鋼異種鋼焊接接頭的特殊性，在機(jī)組運(yùn)行啟停過程中，接頭部位存在較大熱應(yīng)力， 在長(zhǎng)期運(yùn)行中，馬氏體鋼一側(cè)細(xì)晶區(qū)晶界蠕變出現(xiàn)孔洞并長(zhǎng)大、聚集最后形成微裂紋，微裂紋擴(kuò)展失穩(wěn)至最后斷裂。4.建議1）由于蠕變裂紋最先出現(xiàn)在內(nèi)部，通過使用常規(guī)檢測(cè)手段難以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)擴(kuò)大割管檢驗(yàn)范圍，確定同類接頭是否存在劣化；2）如接頭老化問題普遍存在，應(yīng)盡快更換同類受熱面接頭；3