锅炉包墙过热器管穿孔分析

钟其林 高引慧 白凯杰 冀光普

（广东省特种设备检测研究院顺德检测院，广东 佛山 523800）

某公司委托我院对锅炉包墙过热器管进行力学性能、材质、腐蚀物、垢样进行分析，同时对管子进行金相分析。管子外观见图1，管子材质及规格见表1。

表1 送检管子的规格及材质

1 检测内容

（1）力学性能试验：包墙过热器管子取2 根拉伸试样。（2）表面形貌和能谱分析：用扫描电镜观察管子表面形貌，同时用能谱仪对管子内外表面的腐蚀产物进行能谱分析，以确定腐蚀类型。[1]（3）荧光光谱分析：对管子内表面的垢样及外表面粘附的粉末进行荧光光谱分析。（4）材质分析：用全定量光谱仪对材质进行分析。（5）金相组织分析：对管子纵向和横向取样进行金相分析。（6）综合分析。

2 分析测试结果

2.1 管子宏观观察

送来的包墙过热器管子，经目视观察，发现管子外表面有腐蚀坑，且其中一处已经穿孔，见图2。

图2 包墙过热器管子腐蚀坑及穿孔

2.2 室温拉伸性能

根据国标GB6397-86《金属拉伸试验试样》，对于管材试件，当管件外径Φ0≤50mm，应优先考虑采用全截面管段试样；当管件外径Φ0＞50mm，壁厚a0＜8mm时，应加工成纵向弧形试样。因送检的包墙过热器管表面有腐蚀凹坑，因此不适合进行全截面管段拉伸，因此在管子未见腐蚀坑的部位相向位置各取一个样，加工成两根弧形拉伸试样。[2]见图3。分别记为1#和2#。

图3 包墙过热器拉伸试样

拉伸试验实在DNS-100 拉伸试验机上进行，实验结果如表2所示，表中最后一栏列出了《高压锅炉用无缝钢管》GB5310-2008对应的力学性能标准。

表2 室温拉伸性能

从表2 拉伸试验结果可以看出：

1#样品的抗拉强度、屈服强度和延伸率均接近于标准值下线，2#样品的抗拉强度、屈服强度和延伸率也仅稍高于标准值下线。但都在合格范围内。

2.3 能谱分析

为了分析过热器管腐蚀产物的成分，在包墙过热器切取一段试样，包墙过热器切取的试样包含穿孔部位，用于SEM显微形貌和能谱成分分析。[3]包墙过热器SEM形貌及能谱分析结果见图4。

图4 包墙过热器穿孔处SEM 形貌及能谱分析

从图4 中的能谱成分分析结果来看，腐蚀产物主是铁的氧化物，还有部分其它合金元素的氧化物，且含有一定量的硫化物，说明包墙过热器和高温过热器表面除氧化腐蚀外还存在硫腐蚀。

2.4 荧光光谱分析

对包墙过热器管子内表面的垢样及外表面粘附的粉末进行收集，然后进行荧光光谱分析，分析结果见表3 和表4。

表3 内壁垢样分析结果

表4 外壁粉末分析结果

从表3、4 中可以看出，粉末中硫的含量较高，这和能谱分析结果相一致。

2.5 管子成分分析

在包墙过热器上任取一段25mm×50mm 试样，经打磨后在型号为PMI MASTER Smart 全定量光谱仪上进行分析，分析三次，取平均值。分析结果见表5。

表5 光谱分析结果（%）

根据《高压锅炉用无缝钢管》5310-2008，12Cr1MoVG 要求C含量为0.08～0.15，从表5 结果可以看出，包墙过热器管子成分符合要求。

2.6 金相组织分析

在包墙过热器管子上取纵向和横向两个试样，共两个金相试样。包墙过热器在凹坑附近取样。试样经过机械研磨、抛光后，用4%硝酸酒精浸蚀，将制备好的金相试样于金相显微镜下进行组织观察与评定。[4]

图5 包墙过热器纵向金相图片（200×）

图6 包墙过热器管边缘处横向金相图片（200×）

图7 包墙过热器管中心处横向金相图片（200×）

从图5、6、7 可以看出，该管子纵向带状组织明显，带状组织评定为3 级。横向截面边缘组织球化脱碳严重，球化评为4 级，中心部位球化评为2 级。

2.7 结果分析

通过对送检的过热器管的力学性能、腐蚀产物的能谱分析、垢样和粉末分析以及金相组织分析可以得出以下结论：

（1）包墙过热器管的力学性能合格，但仅稍稍高于标准允许的最小值。（2）通过能谱分析及垢样和粉末分析，可以看出管子的腐蚀除了氧腐蚀外，还有硫腐蚀以及少量氯腐蚀。（3）对包墙过热器管子成分进行分析，发现包墙过热器管子成分符合要求。（4）包墙过热器边缘金相组织球化严重，但中心部位金相组织相对较好。

包墙过热器仅仅出现了凹坑腐蚀，力学性能和金相组织在合格范围内，但均趋于下线。穿孔处可能是管子磨损造成凹坑，然后凹坑处形成腐蚀，主要是氧腐蚀以及少量硫腐蚀，慢慢造成腐蚀穿孔。