一台锅炉主汽阀裂纹的理化分析及建议

马火华

摘要：在对一台锅炉主蒸汽阀门的磁粉检测过程中，发现多处密级裂纹缺陷，文中通过微观下的理化检测对裂纹微观形成原因进行分析，并提出合理化建议。

关键词：锅炉；裂纹；主汽阀；金相分析；硬度检测

Physicochemical Analysis and Recommendations for Addressing Cracks in the Main Steam Valve of a Boiler

MA Huohua

（ Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection  Institute，Fuzhou 350008， Fujian， China ）

Abstract： During the magnetic particle testing process of a boiler， multiple dense cracks were found. In the main steam valve. This article analyzes the micro formation reasons of cracks through physical and chemical analysis. Drawing from this analysis， the study offers practical and reasonable recommendations for addressing these cracks and preventing future occurrences.

Key Words：  Boiler; Cracks; Main steam valve; Metallographic analysis; Hardness testing

Physicochemical Analysis and Recommendations for Addressing Cracks in the Main Steam Valve of a Boiler

MA Huohua

（ Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection  Institute，Fuzhou 350008， Fujian， China ）

Abstract： During the magnetic particle testing process of a boiler， multiple dense cracks were found. In the main steam valve. This article analyzes the micro formation reasons of cracks through physical and chemical analysis. Drawing from this analysis， the study offers practical and reasonable recommendations for addressing these cracks and preventing future occurrences.

Key Words：  Boiler; Cracks; Main steam valve; Metallographic analysis; Hardness testing

0 引言

主汽阀是锅炉的一个重要承压部件，保障锅炉在启、停机过程中主蒸汽正常的通断，若锅炉主汽阀出现故障甚至裂纹泄露，轻则影响锅炉启机进度，造成经济损失，重则无法保障锅炉安全停机、泄露扩展、甚至发生爆炸等重大安全事故。[1]

锅炉主汽阀缺陷主要分为以下两种：

1）制造缺陷。阀门在制造过程中由于制造工艺程序和各类技术条件不规范而产生的缺陷，如各类气孔、缩孔、疏松、沙眼、夹渣等，[2]另外还包括制造、热处理过程中产生的应力集中甚至冷、热裂纹。

2）安装及使用产生的缺陷。安装过程中，因阀门位置、焊接、对接焊口热处理等会产生应力集中并有可能进一步发展为裂纹缺陷；[3]使用过程中，因超温超压运行、锅炉频繁启停、保温防腐较差或者正常使用但使用时间较长而产生的缺陷。

1 本次检验锅炉及阀门基本情况

本次检验的是一台型号为KG65-450/5.29-FDJ1的生物质锅炉，过热器出口压力为5.29MPa，过热器出口温度为450℃，累计运行约83134小时左右，锅炉主汽阀材质为ZG20CrMoV。

2 检测情况及理化分析

2.1 磁粉检测

对阀体外表面进行磁粉检测，共发现3处裂纹，裂纹具体位置见图1、图2，裂纹形态均呈现为枝状发散，见图3。

2.2 金相分析

对缺陷3处的裂纹打磨至剩余1mm左右的长度后，对该区域进行腐蚀，腐蚀液为4%硝酸酒精，腐蚀后宏观可见两片不同的区域，文中将高亮区定为A区域（长8mm×宽4mm），高亮区域外定为B区域，具体见图4。

通过500倍下金相组织形貌可见，A、B区域存在明显的组织差异，A区域微观金相组织为铁素体+珠光体+碳化物，珠光体球化接近4级，而B区域微观金相组织为铁素体+珠光体+碳化物，珠光体球化在2级左右（见图5）。而裂纹产生的区域就在球化较为严重的A区域内。

裂纹区域500倍金相组织形貌见图6，微观裂纹沿晶扩展，并在末梢已产生裂纹生成的趋势。

2.3 硬度检测

使用便携里式硬度计对A、B区域进行硬度检测，具体数值及平均值见表1。

2.4光谱分析

使用手持式光谱仪（型号为DPO2000）计对A、B区域进行光谱分析，具体项目及数据见表2。

3 原因分析

通过光谱分析结果可见该阀门各项元素含量均在规定数值内，且锅炉已累计运行约83134小时左右，在以往的定期检验中均未发现阀门裂纹缺陷，因此该缺陷基本可排除为制造、安装过程中产生的缺陷。

从使用方向分析，通过硬度检测可见，部分阀体材质已出现劣化或者劣化倾向。依据DLT 438-2016 《火力发电厂金属技术监督规程》附录C的规定，ZG20CrMoV材质的硬度参考值范围为140～220HB HLD，[4]本次裂纹区域硬度已降至110HB HLD（A区平均值），裂纹周边区域（B区域）也已低于其参考值下限。金相分析也发现存在珠光体球化现象，珠光体球化是指珠光体中的渗碳体（碳化物）由片层状结构逐渐转变成球状结构以及后续的球状粒子聚集长大的过程，研究表明珠光体球化会使钢的屈服强度和抗拉强度都降低，[3]并随着珠光体球化程度逐渐加剧。锅炉运行工况稳定，未发现超温、超压运行或者频繁启停情况。

由此可见，该阀门的裂纹缺陷为正常使用状态下，阀门材质劣化即珠光体球化导致的强度下降，微观裂纹在铁素体周边强度较差部位沿晶产生并进一步发展成宏观裂纹。此外，该阀门露天竖直布置，3处裂纹均为阀体上部易接触雨水部位，保温存在破损，现场防雨措施不到位，阀体外渗入雨水，保温不规范导致的温差应力也是加快阀门劣化的原因之一。

4 建议

1）鉴于在运行8万小时后由于材质劣化已经出现裂纹缺陷，建议更换该阀门，对新更换的阀门也应做相关技术检测，以防止制造产生的各类缺陷。

2）正常使用下运行小时数与阀门材质劣化的关系在文中不做讨论，但在各电厂超5万小时的阀门检测中，多见主汽阀阀体的裂纹缺陷，因此在锅炉运行超过5万小时后，建议在满足锅炉安全技术监察规程的前提下，缩短检验周期，加强对锅炉主汽阀的定期监督检测，尤其是对类似于ZG20CrMoV材质的阀门应加强监督，定期检测，以防止在检验周期内因出现劣化裂纹导致的重大安全事故。

3）排查锅炉其余同等批次及使用情况的阀门，特别是存在保温破损的露天阀门，对其外表面做全面的磁粉检测、硬度检测、金相分析等，看是否也存在同样裂纹缺陷或者是否出现了材质劣化趋势。对各个露天布置的阀门也应严格按照规范要求做好保温防雨措施。

参考文献

[1]张玉娟.一台锅炉主汽阀裂纹分析及处理[R]．特种

设备安全技术，2022（06）：3-4.

[2]周润秋.锅炉房蒸汽阀门可能产生的缺陷及其危害[B]．

应用能源技术，2006（01）：21-22.

[3]刘明武，苏辉，张晋坤.15CrMo钢珠光体球化对性

能的影响[A]．金属热处理，2015，40（06）：41-44.

[4]国家能源局.火力发电厂金属技术监督规程：DL/T

438-2016[S].北京：中国电力出版社，2016：8.