新葡萄金赌场

葡京词 js

金属

所在位置:首页 > 业务领域 > 技术论坛 > 金属

某发电厂7号机2号汽泵出口管道压力表管失效分析

  • 来源: 大唐华北电力试验研究院
  • 作者: 张新
  • 发布时间: 2018-03-07

一、概述

某发电厂(以下简称:张家口发电厂)7号机2号汽泵出口管道压力表管泄漏,泄漏位置距离汽泵出口管道与压力表管焊口约15mm,压力表管材质为1Cr18Ni9Ti,实际运行出口温度167℃,汽泵出口额定压力压力20MPa。

为分析其泄漏的原因,对送检的汽泵出口管道压力表管(见图1-1)进行分析。

图1-1  送检的压力表管宏观形貌

二、检验结果

 1、宏观形貌

对送检管进行宏观形貌观察,可见泄漏发生在汽泵出口管道压力表管上,泄漏点为一段长约15mm的裂纹,裂纹一端距离汽泵出口管道与压力表管焊口约15mm,沿与径向约45°方向扩展。焊口与一弯管相连,弯管处颜色呈黑蓝色,而远端直管颜色为正常的金属色,如图2-1所示。

此外,焊缝附近管子的外表面存在较多熔化金属的凝结物,(见图2-2),局部表面有金属烧蚀的痕迹(见图2-3)。从裂纹的开口尺寸以及宏观走向上观察,裂纹起始于熔化金属凝结物,并进一步沿管子径向45°的方向向两端扩展,其中一端与金属烧蚀部位相连接,如图2-4所示。

 

图2-1  压力表管泄漏部位宏观形貌

 

图2-4  裂纹宏观形貌

2、金相组织观察

 分别在泄漏处以及远端直管处横向取样,取样位置如图1-1所示,经打磨、抛光后,利用光学显微镜观察,显微镜型号Leica DMI5000M,编号1611007030704。所观察的抛光态微观形貌如图2-5~2-10所示。

图2-5~2-8为泄漏管微观形貌,泄漏位于管子外表面熔融金属凝结物上,而且除泄漏口外,周围还存在较多小裂纹(图2-5、2-6)。同时,管子外表面烧蚀已经侵入金属基体有一定深度,约0.26mm,如图2-7所示。管子内表面存在小凹坑(深约0.075mm),凹坑顶端有微裂纹(长约0.052mm),有向管子基体扩展的趋势,见图2-8。

正常对比管除内表面有一深0.06mm的凹坑外,其他部位均正常,无裂纹,见图2-9~2-10。

 

图2-6  外表面小裂纹-泄漏周围熔融金属凝结物部位(左侧200倍,右侧50倍)

 

图2-7  外表面金属烧蚀部位

 

图2-8  内表面小裂纹

 

    图2-9  正常对比管(左侧为外表面,右侧为内表面)

 

图2-10 正常对比管中部

上述抛光试样经王水浸蚀后观察,金相组织分别如图2-11~2-16所示。

由图可见,泄漏管外表面的熔融金属凝结物的组织为奥氏体枝晶,应为焊接过程中电弧灼伤所致,焊接时起弧不正确或者焊接过程中操作失误使电弧偏离正常位置,导致局部母材表面熔化,凝固后发生金相组织转变,生成奥氏体枝晶。泄漏正是始发于此电弧灼伤位置,而且除泄漏点外,在其周围还存在较多的小裂纹,从电弧灼伤处形成,并进一步向基体母材呈穿晶扩展,具体金相组织见图2-11。

在外表面金属烧蚀部位的金相组织也发生了变化(见图2-12),亦为电弧灼伤所形成的奥氏体枝晶。

除上述部位存在奥氏体枝晶外,泄漏管的中部以及内表面等其他部位金相组织均为奥氏体+碳化物,晶粒度5级,如图2-13、图2-14所示。

正常对比管的内外表面无裂纹,金相组织为奥氏体,晶粒度8级,见图2-15、图2-16。

 

图2-11 外表面小裂纹-泄漏周围熔融金属凝结物部位(左侧100倍,右侧200倍)

 

图2-12 外表面金属烧蚀部位金相组织(左侧100倍,右侧200倍)

 

图2-13 泄漏管中部的金相组织

 

图2-14 泄漏管内表面金相组织

 

图2-15 正常对比管金相组织(左侧为外表面,右侧为内表面)

 

图2-16 正常对比管中部金相组织

3、能谱分析

分别对裂纹周围以及泄漏管颜色呈黑蓝色部位进行能谱分析,获得的能谱谱图如图2-17~2-19所示。能谱分析显示,裂纹周围基本为基体的主要成分,见图2-17;外表面颜色呈黑蓝色部位存在较多杂质元素,如Na、Al、Si、S、K、Ca、P、Mg,见图2-18、图2-19。能谱观察发现的杂质元素仅存在于局部黑蓝色弯管外表面,而泄漏的部分很干净,为基体成分,因此,认为杂质元素与泄漏无关,可能是管子外表面局部污染所致。

 

图2-17 裂纹周围能谱谱图

 

图2-18 泄漏管外表面颜色黑蓝色区域能谱谱图1

 

图2-19 泄漏管外表面颜色黑蓝色区域能谱谱图2

四、综合分析

从泄漏位置看,管子泄漏部位距离汽泵出口管道与压力表管焊口较近,约15mm,而且,泄漏附近的管子外表面存在金属烧熔痕迹以及较多的熔融金属凝结物,观察此处金相组织均为奥氏体枝晶,同时,送检管段的焊口周围在一定范围内均有此现象,因此可以判断,上述现象应为管道与压力表管焊接过程中,局部母材表面被电弧灼伤所致。电弧灼伤部位金相组织发生变化,生成粗大的奥氏体枝晶,极易诱发裂纹。从泄漏部位的开口尺寸和走向看,泄漏即起始于电弧灼伤处,同时在泄漏旁边的外表面灼伤处,存在较多裂纹,裂纹进一步向基体母材呈穿晶扩展,这是导致管子泄漏的最主要原因。

泄漏所处位置在与焊口相连的弯管上,此弯管外表面颜色与其他直管段明显不同,弯管处颜色呈黑蓝色,而直管外表面是正常的金属色。同时,与正常颜色直管段相比较,黑蓝色弯管处的奥氏体组织较粗大,晶粒度5级,正常颜色直管奥氏体晶粒度8级。一般情况下,对于电厂常用奥氏体不锈钢管来说,最终交货状态的热处理均应是固溶处理。奥氏体不锈钢的固溶处理是将奥氏体不锈钢加热到较高温度,约1100℃,使碳化物相全部或者大部分溶解,碳固溶于奥氏体中,然后快速冷却至室温,得到过饱和固溶体的热处理工艺。通过固溶热处理,可以获得适宜的晶粒度和较好的抗腐蚀性能。从金相组织方面分析,颜色异常的弯管的奥氏体组织粗大,晶界及晶内可见碳化物,因此,有理由认为,此处的弯管在加工时未采取恰当的弯制方法,推测是采用火焰直接加热至一定温度后弯制形成,而且,在弯管后,并没有经过固溶热处理,以至于此处外表面颜色异常,且组织粗大,同时增加了弯管的残余应力,这对裂纹的扩展将起到较大的促进作用。

此外,泄漏管内表面不均匀的存在一些小凹坑,在个别凹坑顶端发现微裂纹,但尺寸较小,而且,类似的凹坑在亦存在于对比管内表面,因此,认为压力表管泄漏与内表面的凹坑缺陷无关,但凹坑的存在,尤其当其存在裂纹后,对于压力较高的压力表管(汽泵出口压力20MPa)来说,更容易向基体深入扩展,有很大的安全隐患。

五、结论

1、 7号机2号汽泵出口管道压力表管外表面被电弧灼伤,进而在运行中产生裂纹、逐步扩展至基体母材,最终导致管子泄漏。

2、泄漏部位的弯管未采用合理的弯制方法,同时,弯管后未经过固溶处理,导致此处组织粗大,残余应力较大,对裂纹的扩展起到促进作用。


 北京市石景山区银河大街6号院1号楼B座 京ICP备15041663 网站技术服务: