应力腐蚀失效分析案例.ppt

案例火电机组奥氏体钢管材失效分析1背景介绍
广东省沿海某电厂发生的一起煤气炉爆破事故。该电厂1号机组的锅炉,是国内某锅炉厂D1025/18.2-Ⅱ3型再热自然循环煤气炉,过热蒸气最大连续蒸气量1025ｔ/ｈ,出口压力17.4ＭＰａ,出口温度540℃。全大屏过热器共有4屏,布置在炉膛上部,横向节距2743.2ｍｍ,纵向节距61ｍｍ,管径51ｍｍ×7ｍｍ,外圈第1、2根和最内圈作夹持管，材料为ＳＵＳ304ＨＴＢ,其余管均为12Ｃr1ＭｏＶ,每大屏由8小屏组成,每小屏有6根管子,绕成Ｕ形。全大屏工质进口温度为406℃,工质出口温度462℃,工作压力18.6ＭＰａ。机组自投入使用到该次事故发生累计运行3400ｈ,本次事故爆破的全大屏过热器管共18根,其中12根为二次事故所致。2宏观检验
爆口均发生在小角度17°30′弯头附近,裂口均为横向,在一次爆口的6根管子中有些管由外向内裂,有些则由内向外裂,管径未涨粗,断口较平整,裂口内壁附近存在平行的未穿透的横向裂纹,管外壁附有黑色的氧化层，管外壁局部有弯管留下的压痕,这些区域的背面有较浅的横向裂痕萌生。3化学成分及机械性能检验4金相分析
在爆口附近制备金相试样,晶粒度3～6级,单相奥氏体,沿晶裂纹,裂纹中充满灰色的腐蚀物。5电子探针检验
断口及管子外表面氧化物成分见表3,能谱分析发现管子微裂纹处存在Ｃｌ、Ｓ元素。6内应力分析
在小弯头区域取样用衍射仪2θ法进行测量,其结果见表4。Ｆe(222)晶面应力常数为586,计算求得σ=164ＭＰa(压应力)，试验还表明试样存在明显的应力梯度。7结果分析
ＳＵＳ304管材化学成分及机械性能均符合有关标准,管壁未减薄,金相组织也未发现异常。一次失效事故中所有的爆口和裂纹既不存在于管子的直段也不在管子变形量最大和炉温最高的下弯头处,而全部集中在变形量不大的小弯头附近,表明该材料在同一环境下失效与小弯头附近材料的状况有某种关系。爆口附近及管子内外壁小裂纹的形貌均为沿晶裂纹,裂纹中充满灰色的腐蚀物,爆口及裂纹方向与弯头加工变形方向垂直。尽管经过爆管和试样割取释放了大部分的内应力,衍射测量中仍可发现试样中存在明显的应力和应力梯度，可以确定失效的原因是由于应力腐蚀所致。从断口表面的电子探针分析结果,致密氧化层表明这种爆破失效是一缓慢的过程,管子的有关区域有可能在投入运行之前就存在一些缺陷。经了解,由于工程进度的原因,这批管子在安装前已在工地放置了1年多时间,由于工地面临大海,又属于亚热带地区,空气湿度大,具有形成应力腐蚀的外部条件。夹持管材料延伸性较好,小角度处转弯较多但变形量不大，从管子外壁局部区域存在弯管时留下的压痕可推断弯管时加热温度不足。从试样内应力分析可见管子弯后热处理不妥导致这一区域的残余应力得不到有效消除,加上该电厂的特殊地理环境气候条件,使得裂纹沿着管子拉应力垂直方向开始萌生并逐渐加深,致使投入运行3000多小时就爆破失效。众多管子几乎在同一时间爆破,而破口既有由内向外也有由外向内,横向小裂纹管子内外壁均有,表明腐蚀介质或气氛对管子内外壁的入侵是同时的、均匀的。8防治对策
近年来，我国沿海地区大容量机组安装较多,不锈钢管材失效爆破的事故时有发生,并几乎都是应力腐蚀所致,一爆就是一大片,对正常生产影响较大。由于地处沿海地区,特别是南方亚热带气候,控制腐蚀介质或腐蚀气氛的难度较大,有些生产单位曾寄希望于更换更高档次的材料以求保证机组的正常运行,以致机组安装及维修的费用增大,造成不必要的浪费。304这种管材是比较成熟的材料,国外已有多年的运行历史，是比较理想的材料对氯离子和应力腐蚀比较敏感是奥氏体不锈钢的共同弱点,材料本身的内应力和外部的腐蚀介质或腐蚀气氛是不锈钢材料应力腐蚀失效的内因和外因,只要能有效控制就能有效降低其失效几率。沿海地区的机组除了要加强措施做好防腐工作外,更重要的是要从控制内因方面着手,制造厂家和安装单位对弯管的不圆度和弯管及焊接的热处理工艺等方面应严加控制,尽可能减少直至消除管材的残余应力。使用单位对可疑的管段区域要进行应力检查,发现有异应进行消除应力处理,发现微裂纹者应尽快更换,便可将事故消灭在萌芽状态之中。