摘要：近年来，随着我国生产水平的不断提升，锅炉行业发展迅速。受工业改革的影响，我国已经能够独立生产锅炉压力容器，锅炉在经济发展中发挥着至关重要的作用，生产上的基本需求还要通过锅炉的不断运作来满足。在压力容器管道中最常见的问题是裂纹。为了防止安全隐患在生产过程中出现，需要对压力管道全面检查，对锅炉压力容器加强管理，及时处理管道中产生的裂纹。本文通过实际的化学成分分析、来对高温高压锅炉管道断裂的现象提出了建议。希望能给后续研究提供参考。
关键词：炉烟管道；铸造缺陷；脆性断裂
ZG35Cr24Ni7SiNRE稀土耐热钢是中国在20世纪80年代初研制的节镍新钢种，属奥氏体型不锈耐热钢，在高温下组织稳定，具有良好的抗氧化性和力学性能，广泛应用于900~1200°C范围内各种电炉耐热钢构件和电站锅炉高温炉烟管道。用该材料制造的某电厂的1台锅炉的炉烟管道在服役约3000h时发生了断裂(炉烟管道的设计压力为±10kPa，设计温度为1050°C)。断裂管道的裂纹源众多，裂纹扩展过程中呈现交叉、非直线的特征。为了分析管道断裂的原因，本文对管道碎片进行了试验分析。
一、化学成分
炉烟管道的化学成分分析结果见表1。
二、力学性能
避开宏观裂纹，在碎片上共加工3个纵向和3个横向的拉伸试样、4个纵向和4个横向的冲击试样(V型缺口)。拉伸试验依据GB/T228-2002在MTS880型试验机上进行;冲击试验依据GB/T229-2007金属材料夏比摆捶冲击试验方法在JBC-300型电子测力冲击试验机上进行;布氏硬度试验依据GB/T231-2009在HB-3000型台式硬度试验机上进行。结果表明:拉伸试样在弹性阶段即脆性断裂，强度远低于标准及订货协议的要求;试样的冲击吸收能量远低于一般铸造合金的经验值要求;冲击试样断裂于V型缺口处，这说明试样中存在的缺陷较V型缺口对试样的影响严重;拉伸和冲击断裂试样存在铸造缺陷，其力学性能严重不合格。
避开宏观裂纹，加工1个横向金相试样、1个纵向金相试样，经砂纸粗磨、细磨，抛光、浸蚀后在OLYMPUSGX71型金相显微镜下进行显微组织评定及铸造缺陷形貌观察。两个试样显微组织均为奥裂纹缺陷，部分裂纹具有沿晶特征。断口的宏观形貌，均呈现石状脆性断口特征;其中一个断口起伏较大，这同断口处裂纹源较多、扩展方位差异有关。
三、锅炉压力容器压力管道中常见裂纹分析
(1)疲劳裂纹的产生。
在定期检查锅炉过程中，疲劳裂纹属于比较常见的裂缝，这种裂纹一般分为两种，一种是腐蚀疲劳裂纹，另一种是机械疲劳裂纹。一般来说，腐蚀性裂纹会因为疲劳裂纹的出现而产生，但这两种裂纹具有相同的性质，都是因介质带来的压力使锅炉在使用过程中形成裂缝。在锅炉表面应变较为集中的位置会出现大范围的机械疲劳裂纹，细小的裂纹会在长期使用过程中向里延伸，主要呈现为隧道方式。较长的稳定期会在裂纹延伸过程中出现，随后裂纹的扩张会随着压力的增大而加速扩张。震动产生的应力和介质压力直接影响着腐蚀疲劳裂纹的产生，裂纹痕迹会因为压力管道使用时间的延长而越来越多，裂缝宽度也会逐渐增大。当腐蚀物填满裂纹缝隙以后，会对这些裂缝造成一定的腐蚀破坏。疲劳性裂纹需要较长的发展时间，大部分集中在应力部分，这些裂缝在初期具有隐蔽性，缓慢的发展速度使工作人员不易察觉，但在长时间使用以后，会出现快速扩张趋势。
(2)蠕变裂纹的产生。
压力管道受到损伤以后，在应力和温度的共同作用下经过长时间演变最终形成蠕变裂纹。弯道上轴曲周边是蠕变裂纹主要分布区域，一般来说，会有平行裂纹分布在裂纹带主纹两侧。集装箱、管道等具有较大应力的地方是裂纹形成的主要区域。这种蠕动呈现出不确定的变化数量，裂缝连接没有任何规律，而且出现的形式大多以空洞状和米粒状为主。
(3)应力腐蚀裂纹的产生。
腐蚀现象会因压力容器的长期使用而出现，浓度较大的碱水是导致这种现象产生的主要原因。这种腐蚀性会造成电位差经常出现在金属晶体和晶间，并且会使阴阳两级的电位在晶粒与晶间形成，进而使二者的微电流得到激发，锅炉压力容器金属内部会因微电流的腐蚀而产生大量裂纹。应力的腐蚀会产生大量裂纹，该裂纹主要由两种结构组成，一种是主裂纹，另一种是次裂纹，裂纹延伸的方式是由里向外进行，所谓的主裂纹是指穿过晶粒的裂纹，所谓的次裂纹是指顺着晶体发展的带状式裂纹。应力腐蚀性裂纹在显微镜下呈现出的形状为“之”字形。(4)热疲劳裂纹的产生。在工业生产中，无法避免压力管道产生热疲劳裂纹，一般在锅炉制造过程中比较容易产生这种裂纹。所谓的压力容器，大部分是卷曲焊接特殊定制的金属板形成的，在卷曲过程中受高温影响造成细微裂缝大量出现，因此又被称为焊接热裂纹。在压力管道上产生的这种裂纹，主要是拉伸金属时使其达到极限强度，同时应力反复作用在金属上所形成的。热疲劳裂纹经常出现在喷水减温设备、压力表接口处、排气管管座等区域。
四、预防锅炉压力容器压力管道裂纹产生的措施
(1)对压力管道制作加强管理。
一是在制作锅炉压力容器过程中，需要认真审核和检查每一个细节，出厂前反复核对锅炉质量，使裂纹问题的产生得到最大程度减少;在生产锅炉压力容器时，要严格执行工艺流程，不断提升技术水平，防止有意外、失误等情况出现;在生产以前，技术人员需要认真审核工艺图纸，确保按照要求设计工艺图纸。
二是技术人员要对制作材料进行严格把关，及时修改或更换不符合操作要求的材料，不断提高锅炉压力容器质量。
三是在减少裂纹产生的前提下，严格检查生产工序，认真控制锅炉质量，防止裂纹因单个环节的错误而出现。
(2)对容器质量检验体系不断完善。
锅炉压力容器作为高危设备，极易产生裂纹，而裂纹的出现又会直接威胁到容器的使用安全性。所以，工作人员需要不断完善容器质量检验体系，对制作流程和生产程序加强监督，全面检验原材料的质量，另外通过相应管理制度的制定使质量检验效率得到提升，避免有疏漏情况出现在检验过程中。
五、结束语
在现代生活中，锅炉发挥着越来越重要的作用。但一旦有裂纹出现在压力容器压力管道中，就会造成锅炉爆炸等安全事故的出现。锅炉管理单位需要及时检测和维护锅炉裂纹，通过有效预防措施对锅炉质量加强控制，从而使问题从根本上得到避免。
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论文作者:钟爱民
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/12
标签：裂纹论文; 锅炉论文; 试样论文; 压力容器论文; 管道论文; 压力论文; 烟管论文; 《电力设备》2018年第17期论文;