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摘要:采用渗透检测、金相检验、断口分析和力学性能测试等方法对锅炉给水预热器管箱高温段环焊缝开裂原因进行分析。结果表明:焊后热处理不符合要求,使环焊缝及热影响区形成马氏体;设备在服役过程中,马氏体分解产生析出相,使晶界蠕变能力降低,在高温运行环境下,环焊缝产生再热裂纹并发生沿晶开裂。关键词:锅炉给水预热器;再热裂纹;环焊缝;热处理中图分类号:TG.5;TQ.5文献标志码:B文章编号:-()02--03高压锅炉给水预热器属于三类压力容器[1]。某公司锅炉给水预热器投入使用4个月后,其管箱发生泄漏。经检查,确定泄漏点位于管箱高温段环焊缝处,裂纹垂直于焊缝。笔者采用一系列理化检验方法分析其开裂原因,并提出了改进建议。1理化检验1.1渗透检测截取高温段环焊缝为试样,依据NB/T.5—《承压设备无损检测第5部分渗透检测》标准,对试样焊缝外表面裂纹区进行渗透检测,结果如图1所示,其中4条裂纹未扩展至管箱母材,其余裂纹尖端均延伸至管箱母材,裂纹无分叉。1.2金相检验沿垂直于焊缝的纵截面截取试样,抛光后采用体积分数为4%的硝酸乙醇溶液对其进行腐蚀,采用光学显微镜对其进行观察,结果如图2~3所示。由图2~3可知:管箱母材显微组织为贝氏体,热影响区显微组织为马氏体+贝氏体+铁素体,焊缝显微组织为马氏体+铁素体+贝氏体,马氏体为主要组织,部分晶界存在析出相,主裂纹上有树枝状小裂纹,为沿晶裂纹,焊缝区存在孤岛、台阶状的裂纹。初步判断,马氏体的形成与焊后热处理不符合要求有关。1.3力学性能测试截取高温段环焊缝制作力学性能测试试样,分别采用拉伸试验机、冲击试验机和维氏硬度计对试样的拉伸、冲击性能和硬度进行测试,结果如表1所示。由表1可知:焊缝的断后伸长率、冲击吸收能量不满足标准对CM-AN钢的要求;焊缝、热影响区的硬度偏高,管箱母材的硬度正常。说明设备在高温服役过程中,金属基体内的杂质元素逐渐析出,偏聚于晶界,使焊缝材料的塑性变形能力和冲击韧性降低[2]。1.4断口分析采用扫描电镜(SEM)对环焊缝断面进行观察,结果如图4所示。由图4可知:断面以沿晶开裂特征为主,存在二次裂纹,局部存在韧窝;A区为焊缝组织柱状沿晶开裂颗粒,B区为沿晶开裂特征,焊缝内存在颗粒状原始缺陷。从SEM分析可知,裂纹启裂于焊缝外表面,晶面存在较多颗粒状析出相。根据此现象可断定焊缝晶界的塑性变形能力较低。2综合分析(1)上述分析结果表明:管箱焊缝处材料硬度偏高,这是因为存在马氏体组织。对于铬钼钢厚壁容器的焊接,若未进行焊前预热或预热温度不够,焊接过程中冷却速率较快,当达到马氏体转变温度时,易产生马氏体组织[3]。设备在高温服役时,马氏体进行回火分解,在晶界上产生析出相,使晶界的蠕变强度降低,在高温过程中易出现沿晶裂纹。(2)焊缝裂纹仅出现在高温段,说明裂纹的出现与其使用环境有关。该预热器管箱材料为SAGr22CL2、管板材料为SAF22CL3Ⅳ,属于低合金高强度钢,所选焊材CM-AN钢的化学成分与母材一致。当设备长期处于高温环境时,焊缝中的杂质元素会逐步向原奥氏体晶界富集,大大降低晶界的塑性变形能力[4],沉淀相在晶界的析出也为裂纹的萌生提供了条件[5],裂纹起始于焊缝和热影响区的粗晶区域,终止于热影响区和母材细晶区[6],符合厚板焊缝结构再热裂纹的开裂特征。3结论及建议(1)由于焊后热处理不符合要求,在焊缝区形成了马氏体,且晶间存在较多颗粒状的析出相,导致晶界的蠕变强度下降,塑性变形能力降低,设备在高温服役时形成了沿晶开裂的再热裂纹,以及长期高温环境下产生的热应力促进了裂纹的扩展,导致管箱环焊缝开裂。(2)建议选择纯净度高的材料,避免杂质元素在晶界处富集;改进产品结构,降低产品自身的刚性;改进焊接工艺,控制预热及后热温度、热处理工艺;使用过程中避免超温、超压运行。参考文献:[1]袁文君.高压锅炉给水预热器管箱筒体裂纹修复[J].设备管理与维修,(5):29-30.[2]金永祥.10CrMo耐热钢管超期服役的寿命估算[J].理化检验(物理分册),,29(2):38-40.[3]刘宗昌,计云萍.马氏体组织形貌形成机理[J].热处理技术与装备,,40(4):1-7.[4]张益铭,韩军,张乐.某油田锅炉给水预热器开裂失效分析[J].理化检验(物理分册),,55(2):-.[5]甘美露,张强,王书强,等.42CrMo钢蜗杆开裂原因分析[J].理化检验(物理分册),,56(2):39-43.[6]罗纯东.奥氏体不锈钢炉体应力腐蚀破裂失效分析[J].石油化工设备,,36(1):99-.文章来源材料与测试网期刊论文理化检验－物理分册59卷2期(pp:36-38)

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