T91和TP347H异种钢焊接高温再热器爆管分析

1、T91/TP347H 异种钢焊接高温再热器爆管分析摘要：某电厂超临界锅炉高温再热器发生爆管。 对来样管进行宏观分析，金相分析 , 利用仪器压痕试验 测量了管子的力学性能。爆管断口位于 T91/TP347H 异种钢焊接接头附近，细晶区存在典型的 IV 型裂纹， 力学性能合格。判断爆管原因为异种钢焊接接头产生蠕变裂纹导致的断裂。关键词：压痕法，高温再热器，爆管Analysis of tube explosion of high temperature reheater with T91/TP347H dissimilar steel welded jointsAbstract： Tube expl

2、osion of high temperature reheater of supercritical boiler happened in a thermal power plant. The tubes were analyzed by morphology observation, metallographic examination and mechanical properties measurement by an instrumented indentation test. The fracture of the tube is near the T91/TP347H dissi

3、milar steel welded joints， there exists typicaltype IV crack in fine grain zone. The mechanical properties are qualified. It is judged that the reason of the tube explosion was caused by creeping crack of dissimilar steel welded joints.Key words: indentation test, high temperature reheater, tube exp

4、losion 1. 情况简介某电厂锅炉为 HG-1913/25.4-YM3 型超临界锅炉。锅炉为一次中间再热、超临界压力变 压运行带内置式再循环泵启动系统的本生(Ben So n)直流锅炉，单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、型布置。锅炉岛为露天布置。高温再热器布置于水平烟道内，与立式低温再热器直接连接，采用逆顺混合换热布置。某日该锅炉高温再热器发生爆管，至爆管时运行约 10 万小时。经现场勘查管子断裂位 置在异种钢焊接接头附近，管材为 SA-213 T91 和 SA-213 TP347H ，规格为 51×4 mm。 2、理化检验2.1 宏观分析来样管共三根，一根断裂管两

5、根吹损管。分析管样编号为： 1#为包含断口的管样编号； 2#管和 3#管为两根吹损管，作为对比样管，均包含T91/TP347H 异种钢焊接接头。对断裂管进行宏观观察， 管子沿异种钢焊口 T91 一侧平行于熔合线断裂 (如图 2 所示)，无明显塑性变形，为脆性断裂，裂纹起源于一侧，快速扩展至对侧撕裂。由于断口被氧化物覆盖，无法进一步分析形貌。图1断口形貌。Fig.2 The appearance Of the fracture.2.2力学性能检测压痕法最早由美国人于1882年提出用来测试材料硬度 ，随着研究的深入，发现可通过压痕来测量材料其他力学性能，包括弹性、塑性、韧度等性能2。针对这一原理，

6、衍生出许多压痕测量材料力学性能的方法。本试验采用的压痕法测试仪为韩国FRoNTlCS公司生产的AIS3000型便携式万能力学性能试验仪。它具有对材料破坏性小，几乎无损，能够测 试小微试样、小微区域，方便携带等的优点。对2#管样焊缝、两侧母材表面打磨抛光。使用便携式万能力学性能检测仪对焊缝、两侧热影响度和力学检测照片图3.压痕法试验装备。Fig.3 The indentation test instrument.区、母材进行硬性能进行检测，如图3所示。If I I”1 L-t112345 678 9 I 1011 12 13 I1415161718192021 222324 25 j 26 :2

7、7 28 29 j303132II IT91母材焊缝T91热影响区P347H 热影响区附近TP347H 母材TP347H 热影响区1、封闭区域为打磨抛光区域2、编号1-16为硬度检验点3、编号17-32为力学性能检验点T91热影响区附近错误！未找到引用源。为2#检验样管及检验点位置示意图，检验结果见表1、表2表1 2#管硬度检验结果Tab.1 HardneSS test results Of 2# tube编号位置硬度值（HV ）1T91母材2122T91母材2243T91母材2134T91侧热影响区附近2095T91侧热影响区附近2116T91侧热影响区附近1977T91侧热影响区2188焊

8、缝1999焊缝19310TP347H侧热影响区16611TP347H侧热影响区附近17012TP347H侧热影响区附近16713TP347H侧热影响区附近16114TP347H母材16915TP347H母材17316TP347H母材174表2 1#管力学性能检验结果Tab.2 MeChaniCal test results Of 1# tube编号位置抗拉强度，MPa屈服强度，MPa1T91母材7256272T91母材7446173T91母材7396214T91侧热影响区附近7116095T91侧热影响区附近7155896T91侧热影响区附近7006117T91侧热影响区7046188焊缝68

9、53549焊缝169235610TP347H侧热影响区65933011TP347H侧热影响区附近67133112TP347H侧热影响区附近66933313TP347H侧热影响区附近67333514TP347H母材67733215TP347H母材66033216TP347H母材681334根据检验结果，2#管样焊缝、两侧热影响区、母材硬度值与抗拉强度、屈服强度均满足 标准要求，未见异常。2.3金相分析5所示。1）将3#管沿管轴向纵向剖开，分析纵截面，磨剖后的样品如图图5 3#管金相检验截面Fig.5 MetaIlograPhiC examination Zone Of 3# tube.纵截面抛光

10、腐蚀进行观察，发现T91侧热影响区存在一条微裂纹，从外表面向内壁方向扩展，如图6红圈中所示：5 k图6 3#管微裂纹照片。Fig.6 The photo of the CraCk of the 3# tube通过金相检验，T91侧母材组织为回火马氏体组织，有一定老化，组织未见明显异常（如图7所示）。热影响区细晶区组织老化严重，可见微观孔洞 （如图8所示），能观察到一条从外壁向内壁扩展的蠕变裂纹，长度约为1mm（如图9 所示）,为典型的IV型裂纹。图7 T91母材金相组织Fig.8 MetaIlograPhiC StrUCtUre Of T91 base material图8 T91侧细晶区蠕变

11、孔洞Fig.9 The CreeP void of the fine grain zone of T91 area.图3细晶区蠕变裂金相照片Fig.10 The metallographic photo of the CreeP CraCk in fine grain zone.2）对1#管样进行如图10所示的加工后对截面进行金相组织分析。图4 1#管取样位置及样品照片。Fig.10 1# tube SamPling IoCation and the SamPIe photo.经观察，T91断口位于细晶区，断口附近可以观察到明显的蠕变裂纹，如图11所示:图5断口附近蠕变裂纹Fig.11 The

12、 CreeP CraCkS near the fracture.3.原因分析某电厂高温再热器爆管发生在异种钢焊接接头附近，管子平行于T91侧熔合线断裂，断口为脆性断口。通过对送检管样进行力学性能检测及金相分析，管子两侧母材及焊缝力学性能合格，未见异常，；T91侧金相组织为回火马氏体，组织正常，热影响区老化严重，可 见蠕变孔洞及蠕变裂纹，细晶区存在 IV型裂纹，断口附近可观察到蠕变裂纹。由于马氏体钢与奥氏体不锈钢异种钢焊接接头的特殊性，在机组运行启停过程中，接头部位存在较大热应力， 在长期运行中，马氏体钢一侧细晶区晶界蠕变出现孔洞并长大、聚集最后形成微裂纹，微裂纹扩展失稳至最后断裂。4.建议1）由于蠕变裂纹最先出现在内部，通过使用常规检测手段难以发现，应扩大割管检验范围，确定同类接头是否存在劣化；2）如接头老化问题普遍存在，应尽快更换同类受热面接头；3