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12Cr1MoVG鍋爐過熱管開裂原因分析及措施
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時間：2013-08-02
12Cr1MoVG具有良好的工藝性，被廣泛用于鍋爐過熱器、再熱器等構(gòu)件的制造。鍋爐設(shè)備中過熱器爆管部位大部分發(fā)生在向火側(cè)以及管子彎頭處。造成過熱器爆管的原因大致可歸納為：管子超溫、管子球化嚴(yán)重、管子被腐蝕、管子質(zhì)量差、彎管不當(dāng)?shù)取?/span>
某公司使用的鍋爐過熱管，使用約半年時間后在管子的彎管段發(fā)生爆管，過熱管材質(zhì)為12Cr1MoVG，規(guī)格為Φ38×3.5。管外為高溫?zé)煔?，管?nèi)為過熱蒸汽，管內(nèi)壓力約為1.2MPa，高溫?zé)煔夂凸軆?nèi)蒸汽通過過熱器管壁進行熱交換。為查清爆裂原因，避免高溫過熱器的再次爆裂，研究人員將爆裂的管段截下后，通過化學(xué)分析、硬度和力學(xué)性能測試、低倍和高倍金相觀察對其進行了失效分析。
從檢驗結(jié)果來看，鋼管的化學(xué)成分和金相組織均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。但是檢查發(fā)現(xiàn)，鋼管的力學(xué)性能未達到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其抗拉強度已接近甚至超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限，而延伸率未能達到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下限，說明鋼管強度偏高，塑性較差，存在一定脆性。另一方面，有試驗表明，球化對鋼的力學(xué)性能影響較大，12Cr1MoVG鋼隨著球化級別的增加，抗拉強度降低而塑性增加。
眾所周知，管子在運行前存在裂紋或發(fā)紋、折疊、拉道等缺陷會加速管子的爆裂，從宏觀低倍檢查得知，鋼管內(nèi)壁存在較多沿軸向分布的拉道和缺陷，這為裂紋的形成提供了內(nèi)因。彎管過程中，彎頭部位產(chǎn)生變形，鋼管經(jīng)歷了外側(cè)管壁減薄、內(nèi)壁管壁增厚、以及由圓變橢圓的過程，在該部位產(chǎn)生形變硬化，在彎頭處產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力，彎頭處的硬度檢測結(jié)果高于直管段的硬度，也驗證了這個判斷。彎頭側(cè)面以及靠近彎管的內(nèi)側(cè)處鋼管內(nèi)壁環(huán)向應(yīng)力為拉應(yīng)力，裂紋一般由內(nèi)壁萌生，為鋼管的開裂提供了外因，工作時管內(nèi)外壓力差及溫差作用而產(chǎn)生的外加應(yīng)力和熱應(yīng)力，為應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生提供了充分條件。在鋼管中存在較大應(yīng)力的情況下，由于管材內(nèi)壁表面質(zhì)量較差，在內(nèi)壁拉道上形成應(yīng)力集中，這些拉道更容易成為裂紋源，當(dāng)應(yīng)力超過材料的強度極限時便會產(chǎn)生開裂。
為防止過熱管開裂，可以采取下列措施：
1）提高鋼管外表面質(zhì)量，避免過熱管從表面形成裂紋源而導(dǎo)致開裂。
2）鋼管力學(xué)性能不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，反映出鋼管的熱處理工藝不當(dāng)，應(yīng)對鋼管的熱處理工藝進行優(yōu)化，確保鋼管的力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
3）對于機械彎曲成形的過熱管，必須通過熱處理進行消除應(yīng)力退火，以降低彎管的殘余應(yīng)力。
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