鍋爐包墻過(guò)熱器管穿孔分析

鐘其林 高引慧 白凱杰 冀光普

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院順德檢測(cè)院，廣東 佛山 523800）

某公司委托我院對(duì)鍋爐包墻過(guò)熱器管進(jìn)行力學(xué)性能、材質(zhì)、腐蝕物、垢樣進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)管子進(jìn)行金相分析。管子外觀見(jiàn)圖1，管子材質(zhì)及規(guī)格見(jiàn)表1。

表1 送檢管子的規(guī)格及材質(zhì)

1 檢測(cè)內(nèi)容

（1）力學(xué)性能試驗(yàn)：包墻過(guò)熱器管子取2 根拉伸試樣。（2）表面形貌和能譜分析：用掃描電鏡觀察管子表面形貌，同時(shí)用能譜儀對(duì)管子內(nèi)外表面的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析，以確定腐蝕類型。[1]（3）熒光光譜分析：對(duì)管子內(nèi)表面的垢樣及外表面粘附的粉末進(jìn)行熒光光譜分析。（4）材質(zhì)分析：用全定量光譜儀對(duì)材質(zhì)進(jìn)行分析。（5）金相組織分析：對(duì)管子縱向和橫向取樣進(jìn)行金相分析。（6）綜合分析。

2 分析測(cè)試結(jié)果

2.1 管子宏觀觀察

送來(lái)的包墻過(guò)熱器管子，經(jīng)目視觀察，發(fā)現(xiàn)管子外表面有腐蝕坑，且其中一處已經(jīng)穿孔，見(jiàn)圖2。

圖2 包墻過(guò)熱器管子腐蝕坑及穿孔

2.2 室溫拉伸性能

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB6397-86《金屬拉伸試驗(yàn)試樣》，對(duì)于管材試件，當(dāng)管件外徑Φ0≤50mm，應(yīng)優(yōu)先考慮采用全截面管段試樣；當(dāng)管件外徑Φ0＞50mm，壁厚a0＜8mm時(shí)，應(yīng)加工成縱向弧形試樣。因送檢的包墻過(guò)熱器管表面有腐蝕凹坑，因此不適合進(jìn)行全截面管段拉伸，因此在管子未見(jiàn)腐蝕坑的部位相向位置各取一個(gè)樣，加工成兩根弧形拉伸試樣。[2]見(jiàn)圖3。分別記為1#和2#。

圖3 包墻過(guò)熱器拉伸試樣

拉伸試驗(yàn)實(shí)在DNS-100 拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，表中最后一欄列出了《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》GB5310-2008對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)。

表2 室溫拉伸性能

從表2 拉伸試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

1#樣品的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率均接近于標(biāo)準(zhǔn)值下線，2#樣品的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率也僅稍高于標(biāo)準(zhǔn)值下線。但都在合格范圍內(nèi)。

2.3 能譜分析

為了分析過(guò)熱器管腐蝕產(chǎn)物的成分，在包墻過(guò)熱器切取一段試樣，包墻過(guò)熱器切取的試樣包含穿孔部位，用于SEM顯微形貌和能譜成分分析。[3]包墻過(guò)熱器SEM形貌及能譜分析結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 包墻過(guò)熱器穿孔處SEM 形貌及能譜分析

從圖4 中的能譜成分分析結(jié)果來(lái)看，腐蝕產(chǎn)物主是鐵的氧化物，還有部分其它合金元素的氧化物，且含有一定量的硫化物，說(shuō)明包墻過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器表面除氧化腐蝕外還存在硫腐蝕。

2.4 熒光光譜分析

對(duì)包墻過(guò)熱器管子內(nèi)表面的垢樣及外表面粘附的粉末進(jìn)行收集，然后進(jìn)行熒光光譜分析，分析結(jié)果見(jiàn)表3 和表4。

表3 內(nèi)壁垢樣分析結(jié)果

表4 外壁粉末分析結(jié)果

從表3、4 中可以看出，粉末中硫的含量較高，這和能譜分析結(jié)果相一致。

2.5 管子成分分析

在包墻過(guò)熱器上任取一段25mm×50mm 試樣，經(jīng)打磨后在型號(hào)為PMI MASTER Smart 全定量光譜儀上進(jìn)行分析，分析三次，取平均值。分析結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 光譜分析結(jié)果（%）

根據(jù)《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》5310-2008，12Cr1MoVG 要求C含量為0.08～0.15，從表5 結(jié)果可以看出，包墻過(guò)熱器管子成分符合要求。

2.6 金相組織分析

在包墻過(guò)熱器管子上取縱向和橫向兩個(gè)試樣，共兩個(gè)金相試樣。包墻過(guò)熱器在凹坑附近取樣。試樣經(jīng)過(guò)機(jī)械研磨、拋光后，用4%硝酸酒精浸蝕，將制備好的金相試樣于金相顯微鏡下進(jìn)行組織觀察與評(píng)定。[4]

圖5 包墻過(guò)熱器縱向金相圖片（200×）

圖6 包墻過(guò)熱器管邊緣處橫向金相圖片（200×）

圖7 包墻過(guò)熱器管中心處橫向金相圖片（200×）

從圖5、6、7 可以看出，該管子縱向帶狀組織明顯，帶狀組織評(píng)定為3 級(jí)。橫向截面邊緣組織球化脫碳嚴(yán)重，球化評(píng)為4 級(jí)，中心部位球化評(píng)為2 級(jí)。

2.7 結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)送檢的過(guò)熱器管的力學(xué)性能、腐蝕產(chǎn)物的能譜分析、垢樣和粉末分析以及金相組織分析可以得出以下結(jié)論：

（1）包墻過(guò)熱器管的力學(xué)性能合格，但僅稍稍高于標(biāo)準(zhǔn)允許的最小值。（2）通過(guò)能譜分析及垢樣和粉末分析，可以看出管子的腐蝕除了氧腐蝕外，還有硫腐蝕以及少量氯腐蝕。（3）對(duì)包墻過(guò)熱器管子成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)包墻過(guò)熱器管子成分符合要求。（4）包墻過(guò)熱器邊緣金相組織球化嚴(yán)重，但中心部位金相組織相對(duì)較好。

包墻過(guò)熱器僅僅出現(xiàn)了凹坑腐蝕，力學(xué)性能和金相組織在合格范圍內(nèi)，但均趨于下線。穿孔處可能是管子磨損造成凹坑，然后凹坑處形成腐蝕，主要是氧腐蝕以及少量硫腐蝕，慢慢造成腐蝕穿孔。