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摘要：某电厂在运行过程中发现蒸汽取样管发生断裂，经停机检查发现蒸汽取样管除断裂位置外，取样管表面发现多处横向裂纹及表面腐蚀剥落现象，由于该取样管实际运行时间仅12个月就发生此类现象，对电厂造成了巨大损失，因此通过对蒸汽取样管断裂原因的分析能在极大程度避免该类事故的发生，对发电机组的安全运行提供了有力的技术支持。
1．事故经过
图1为发生断裂且出现裂纹蒸汽取样管及一段新管，对应的位置见图2，材质规格如图1标注。图中①～④管为2012年10月新更换的不锈钢管，在2014年8月12日发生泄漏（2013年8月至2014年7月期间机组停机改造，2014年7月底开机，实际运行只有12个月时间），当时对泄漏裂缝采取了带压堵漏措施，2014年9月19日，上述堵漏包箍下方管座出口直管发生断裂。
2.试验分析结果
2.1 宏观检查
①管包箍堵漏区域有一处周向的宏观裂纹（图3），该裂纹为最初泄漏位置，堵漏后包箍旁与阀门连接处断裂。
②管连接一次门处的断口旁直管表面发现较密集的横向裂纹（图4），在②管另一端有发现两条横向开裂（图5）。
④管段原始状态为直管，爆管过程中反作用力使其弯曲，在滑动包箍处及附近发现较多表面腐蚀剥落及隐约可见的横向裂纹（图6）。③管及⑤管表面未见裂纹及腐蚀现象。
2.6 金相分析
①管堵漏处裂缝旁有较多沿晶裂纹，泄漏处内壁放大后见图9，观察到明显的沿晶裂纹及灰色腐蚀产物。在远离裂缝处取样亦发现内外壁均有沿晶裂纹及孔洞（图10）。浸蚀后的沿晶形貌见图11。
在④管表面腐蚀剥落处制取金相试样，表面腐蚀剥落形貌见图11，放大后观察为沿晶密集裂纹及孔洞导致表层腐蚀剥落。
⑤管含Ti，由于运行时间较长，内壁有约0.1mm的氧化皮，浸蚀后观察显微组织为奥氏体+晶界碳化物+条状分布第二相，未见沿晶裂纹。
3.分析与结论
经检查，取样管无超温过热迹象，泄漏为大面积沿晶氧化腐蚀裂纹所致，有些部位还发生了严重的表面层状剥落腐蚀，相对于2005年运行至今的旧管，2012年更换的TP304管C含量偏高，P含量超标，且晶间腐蚀倾向非常严重，因此综合判断为晶间腐蚀导致取样管泄漏。
晶间腐蚀属于应力腐蚀的一种，常在奥氏体不锈钢中出现，是由于晶界附近Cr元素与C形成碳化物导致晶界贫Cr所致[1]，结合本案例具体情况，发生晶间腐蚀的可能原因有以下几种：
1）材料选用不严谨。元素分析表明，2005年运行至今的老管含Ti，而2012年新更换的取样管为304不锈钢[2]，不含强碳化物形成元素，不能消耗基体中的C导致抗腐蚀的Cr元素被消耗；含碳量偏高亦会导致其抗晶间腐蚀能力差。此外，取样管按《流体用不锈钢无缝钢管》标准供货，不能保证良好的强韧性搭配和高温性能。
2）热处理质量不佳导致抗晶间腐蚀能力差。根据硬度检测结果，按照ASME标准对固溶处理后的304奥氏体不锈钢硬度的要求，新更换的取样管硬度偏高（①管由于发生了大面积严重的晶间腐蚀硬度有所降低），这说明固溶退火的效果较差，而2005年运行至今的含Ti管及未投运新管硬度均正常。
3）应力较大。此类小径不锈钢管由于塑性好，一般采取冷加工方法进行加工，且变形量较大，虽然能起到很大的强化效果，但亦会在其内部产生很大的加工残余拉应力，如果在后续热处理过程中不能完全消除，则会使应力腐蚀成为可能。另外，外加载荷、热应力也会导致应力腐蚀。
4）环境介质的影响。产生裂纹的管子均为2012年10月新更换的，且在安装后由于机组改造曾停机运行接近一年时间，如果在停机期间内不能做到良好的维护保养，则很可能使腐蚀介质进行管道内部或接触管道外壁。此外，供货前管子的存放、维护不当都会使不锈钢管发生环境介质下的晶间腐蚀。
参考文献：
[1] 王建.晶间腐蚀的危害和原因分析 [J].铸造技术，12/2011：1756-1759
[2] 杨华春.日本SUPER304H奥氏体不锈钢锅炉管评述.超超临界锅炉用钢及焊接技术协作网论文集，2005.03：231-241
论文作者:孙浩1,周颖2,邱冬3,张烨炜4,李鹏厚5
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/11
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