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12Cr1MoVG锅炉过热管开裂原因分析及措施
更新时间:2015.12.10 新闻来源:

12Cr1MoVG具有良好的工艺性,被广泛用于锅炉过热器、再热器等构件的制造。锅炉设备中过热器爆管部位大部分发生在向火侧以及管子弯头处。造成过热器爆管的原因大致可归纳为:管子超温、管子球化严重、管子被腐蚀、管子质量差、弯管不当等。

  某公司使用的锅炉过热管,使用约半年时间后在管子的弯管段发生爆管,过热管材质为12Cr1MoVG,规格为Φ38×3.5。管外为高温烟气,管内为过热蒸汽,管内压力约为1.2MPa,高温烟气和管内蒸汽通过过热器管壁进行热交换。为查清爆裂原因,避免高温过热器的再次爆裂,研究人员将爆裂的管段截下后,通过化学分析、硬度和力学性能测试、低倍和高倍金相观察对其进行了失效分析。

  从检验结果来看,钢管的化学成分和金相组织均符合标准要求。但是检查发现,钢管的力学性能未达到标准规定,其抗拉强度已接近甚至超过标准规定上限,而延伸率未能达到标准规定下限,说明钢管强度偏高,塑性较差,存在一定脆性。另一方面,有试验表明,球化对钢的力学性能影响较大,12Cr1MoVG钢随着球化级别的增加,抗拉强度降低而塑性增加。

  众所周知,管子在运行前存在裂纹或发纹、折叠、拉道等缺陷会加速管子的爆裂,从宏观低倍检查得知,钢管内壁存在较多沿轴向分布的拉道和缺陷,这为裂纹的形成提供了内因。弯管过程中,弯头部位产生变形,钢管经历了外侧管壁减薄、内壁管壁增厚、以及由圆变椭圆的过程,在该部位产生形变硬化,在弯头处产生较大的弯曲应力,弯头处的硬度检测结果高于直管段的硬度,也验证了这个判断。弯头侧面以及靠近弯管的内侧处钢管内壁环向应力为拉应力,裂纹一般由内壁萌生,为钢管的开裂提供了外因,工作时管内外压力差及温差作用而产生的外加应力和热应力,为应力裂纹的产生提供了充分条件。在钢管中存在较大应力的情况下,由于管材内壁表面质量较差,在内壁拉道上形成应力集中,这些拉道更容易成为裂纹源,当应力超过材料的强度极限时便会产生开裂。

  为防止过热管开裂,可以采取下列措施:

  1)提高钢管外表面质量,避免过热管从表面形成裂纹源而导致开裂。

  2)钢管力学性能不符合标准要求,反映出钢管的热处理工艺不当,应对钢管的热处理工艺进行优化,确保钢管的力学性能符合标准要求。

  3)对于机械弯曲成形的过热管,必须通过热处理进行消除应力退火,以降低弯管的残余应力

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