（1广东红海湾发电有限公司 广东省汕尾市；2西安热工研究院 陕西省西安市）
摘要：汕尾电厂在检修中发现2号锅炉屏式过热器下弯头存在裂纹，通过对试样进行化学成分分析、室温拉升试验、室温冲击试验、微观组织分析等试验确认裂纹成因，以便对同材质的部位采取正确的监控措施与检修策略。
关键词：裂纹；应力腐蚀；固溶
1背景
汕尾电厂（又称广东红海湾发电有限公司）2号锅炉为东方锅炉厂设计制造的超临界压力直流炉，型号：DG1900/25.4－Ⅱ2，一次再热、单炉膛、尾部双烟道、前后墙对冲燃烧、平衡通风，于2008年2月11日正式投运。
2016年11月2号锅炉B级检修中，检验人员经渗透检测发现屏式过热器A侧第9屏前屏上往下数第6个弯头内弧面存在裂纹（材质：TP347H，规格：Φ45×10.8 mm）。为确定裂纹的成因，把该弯头切割下来进行试验。
2试验与分析
图1 弯头试验取样位置
2.1宏观检查及渗透检测
开裂弯头的裂纹位于弯头内弧面中心处，沿管子环向扩展，长度26mm。管子内外壁未见明显氧化，管径未见明显胀粗，壁厚未见明显减薄。
按照NB/T 47013.5-2015《承压设备无损检测第5部分：渗透检测》对开裂弯头进行渗透检测，仅发现弯头内弧面存在线性显示，此外主裂纹周围有多个细小裂纹，裂纹均沿管子环向扩展。
2.2化学成分分析
按照GB/T 223《钢铁及合金化学成分分析方法》对TP347H弯头进行化学成分分析，结果见表1。由试验结果知，该TP347H弯头化学成分符合ASME SA-213的相关要求，化学成分未见异常。
2.6 金相组织分析
在TP347H弯头的直管段（蒸汽入口侧、蒸汽出口侧）、弯头起弧处、弯曲中心处分别截取环状试样（取样位置见图1），按照GB/T 13298-1991《金属显微组织检验方法》制备金相样。首先用240#、400#、800#、1200#、2000#砂纸依次预磨，然后在抛光机上进行机械抛光，经王水侵蚀后在OLYMPUS GX71金相显微镜下进行金相组织观察。
由金相分析结果可知，TP347H弯头的直管段金相组织为奥氏体+弥散分布的第二相颗粒，奥氏体内有少量滑移线存在，由此可推断，该管子在作固溶处理时，因固溶温度不足或者固溶时间不够，造成冷变形形成的滑移线未完全消失。TP347H弯头的起弧处金相组织为奥氏体+弥散分布的第二相颗粒，内弧面、外弧面处奥氏体内存在较多的滑移线，这是弯头冷弯处理时形成的。TP347H弯头的弯曲中心处金相组织为奥氏体+弥散分布的第二相颗粒，内弧面、外弧面处奥氏体内存在大量的滑移线，这是由于弯头在冷弯时弯曲中心处应变量最大，所以形成的滑移线最多。
3综合分析与讨论
对送检的TP347H弯头直管段进行成分分析、室温拉伸试验、室温冲击试验、硬度测试、金相组织分析，结果表明该TP347H弯头直管段的化学成分、室温拉伸性能、室温冲击性能、硬度、金相组织均符合相关标准的要求，由此可见TP347H弯头的原管子材质性能无异常。由宏观形貌检查可知，该弯头的开裂处位于弯头弯曲中心处的内弧面，沿管子环向开裂，管子无明显胀粗、壁厚无明显减薄，呈脆性开裂特征；由裂纹微观形貌分析知，裂纹起源于弯头内弧处的外壁，以沿晶方式由外壁向内壁扩展，裂纹扩展形貌呈应力腐蚀开裂特征。由弯头应变量计算、硬度测试、金相分析可知，该冷变形弯头的应变量达到14.3%，冷弯后未进行固溶处理，弯曲中心处的硬度最高，且其内弧面的硬度较外弧面高，弯曲中心处的金相组织中存在大量的滑移线。
经对该弯头测量出弧长后计算得知其弯曲半径R为156mm，根据弯头应变量计算公式ε=r/R×100%（其中：r为管子半径，R为弯曲半径），经计算可得该弯头的应变量为14.5%。
ASMEⅠ卷《动力锅炉建造规则》中“PG-19 奥氏体材料的冷加工成型”规定： “TP347H的设计温度在540-675℃时，成型应变量≥15%，应进行固溶处理；若其设计温度＞675℃时，成型应变量≥10%，则应进行固溶处理”。经查阅该锅炉的《受压件强度校核计算书》得知该弯头的设计温度为625℃，该弯头的冷加工应变量为14.3%，已接近需固溶处理的应变量临界值（15%），而该弯头冷弯后未进行固溶处理。
在冷弯时，弯头外弧面受拉应力、内弧面受压应力；冷弯成型后，弯头内部残余应力的分布与弯曲时受力相反，即：外弧面的残余应力为压应力、内弧面的残余应力为拉应力，且因应变量较大，故该弯头的残余应力较大[1]。对于冷弯弯头，弯头内弧面的应变量较外弧面大，在形变硬化作用下，冷弯后内弧面硬度较外弧面高，且内弧面的残余应力也高，弯头内弧面中心处的硬度和残余应力均达到最大值。TP347H弯头高温运行后，在内部残余应力、烟气介质中腐蚀离子（S2-等）共同作用下首先在弯头内弧面的中心处发生了应力腐蚀开裂。
4结论与处理
经试验分析可知，2号锅炉屏式过热器TP347H弯头的开裂原因为弯头冷变形量较大（14.3%），冷弯后未进行固溶处理，在残余应力最大、硬度最高的弯曲中心处内弧面首先发生了应力腐蚀开裂。
为排除同类型隐患，汕尾电厂本次检修中对此类TP347H弯头进行全面检查，并在以后检修中对1、2号锅炉高过、屏过、高再的TP347H下弯头定期检查，特别是弯头内弧面的检测，防止出现应力腐蚀裂纹。另进行备件采购时，对冷变形量接近ASME Ⅰ卷PG-19中规定的临界值的奥氏体不锈钢弯头，要求进行固溶处理。
参考文献：
[1]王鑫，吕新乐.TP347HFG管子冷弯后固溶热处理工艺分析 [J].热加工工艺Jul.2013，Vol.14，No.42
论文作者:赖赟1,秦承鹏2,蔡永江1
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/4
标签：弯头论文; 金相论文; 应力论文; 裂纹论文; 奥氏体论文; 弯曲论文; 残余论文; 《电力设备》2017年第14期论文;