1、某 600MW 超临界直流锅炉水冷壁多鼓包现象材质分析及建议1.1.概述某电厂锅炉为 600MW 超临界直流锅炉，由上海锅炉厂有限公司制造，锅炉型号为 SG-1953/25.4-M952。过热蒸汽流量 1953t/h，过热蒸汽出口压力25.4MPa，出口温度 543，省煤器进口给水温度 282。#8 炉于 2008 年 1 月21 日通过 168 小时运行。在 9 月 1 日开始进行的小修中，发现水冷壁区域有很多管壁出现鼓包现象。管子规格：34.936.21（7.96）mm，材料为 SA213-T12。电厂来样时间为 2008 年 9 月 16 日和 18 日。管子编号、割管位置如下：#142
2、：炉膛上侧管子，电厂编号#18；#143：炉膛上侧管子，与 142 试样相邻，电厂编号#19；#144：螺旋管，共 4 根，取两侧各 1 根管子进行金相分析。1.2.测试分析方法对水冷壁鼓包处进行宏观检查，进行管径测量，壁厚测量，主要元素分析，常温拉伸试验及金相分析等，综合分析鼓包水冷壁的材质状况。1.3.测试分析结果（1）宏观检查和尺寸测量水冷壁来样在对光检查中可见有鼓包现象，#142 试样鼓包处管径为36.64mm，未鼓包处为 35.2mm，鼓包长度约 40mm；#143 试样鼓包处管径为36.62mm，未鼓包处为 35.2mm，鼓包长度约 40mm。试样经线切割后对鼓包壁厚进行测量，管壁
3、切割后可见明显鼓包现象。#142 试样尺寸如下：迎火侧鼓包处为 7.97、8.05mm，两端为7.65、7.75mm；7.77、7.70mm。背火侧鼓包处为 7.85、7.80mm，两端为7.77、7.72mm；7.70、7.59mm。#143 试样尺寸如下：迎火侧鼓包处为 7.94mm，两端为 7.70、7.82mm。背火侧鼓包处为 7.90mm，两端为 7.74、7.88mm。水冷壁鼓包形貌见图 13。图 1 水冷壁割管试样形貌 图 2 #143 试样线切割后形貌图 3 #142 试样线切割后形貌（2）主要元素成分分析采用便携式光谱仪和化学分析法对来样进行成分分析，其主要元素成分含量如下表
4、，主要元素含量符合要求。元素（%）试样与标准Cr Mo Mn C S Si P#142 试样 0.96 0.52 0.55#143 试样 1.01 0.55 0.58 0.10 0.006 0.22 0.011SA213-T13 标准0.801.250.440.650.300.600.15 0.025 0.50 0.025（3） 常温拉伸试验对来样采用线切割取条形样进行常温拉伸试验，#142 试样在鼓包处和非鼓包处分别取样，#143 试样在非鼓包处取样，结果如下表。#142、143 管样的常温力学性能指标符合标准要求，#142 试样的鼓包拉伸试样均未断在鼓包处。试件编号 Rp0.2(MPa)
5、Rm(MPa) A#142 试样迎烟侧（鼓包处）300、300 435、435 31.0、26.5（近标）#142 试样背烟侧（鼓包处）300、300 440、435 27.5（近标） 、33.0#142 试样迎、背烟侧（非鼓包处）300、290 450、440 34.0、32.5#143 试样迎、背烟侧（非鼓包处）305、305 445、445 33.5、36.0SA213-T13 标准 220 415 29（4） 显微组织观察在#142 试样的未鼓包处、鼓包处炉内侧、#143 试样的鼓包处炉内、外侧、#144 试样两侧管子的鼓包处炉内、外侧、未鼓包处炉内侧上切割镶样进行微观组织观察，具体情
6、况如下：#142 未鼓包处炉内侧试样在抛光未侵蚀前 100 倍下观察：外壁氧化皮厚约0.08mm。内壁氧化皮未见，内壁有很多氧化裂纹和腐蚀坑，深约 0.09mm（图 4） 。金相组织为铁素体珠光体贝氏体，珠光体区域明显，碳化物主要在晶界析出，碳化物呈小球状，晶内碳化物较少，珠光体球化 2 级。金相照片见图 5。图 4 #142 未鼓包处炉内侧内壁形貌 100图 5 #142 未鼓包处炉内侧金相组织 500#142 鼓包处炉内侧试样在抛光未侵蚀前 100 倍下观察：内、外壁氧化皮未见。内壁有氧化裂纹和腐蚀坑，深约 0.04mm。金相组织为铁素体贝氏体少量珠光体，铁素体晶界和晶界碳化物析出很少，与
7、未鼓包处组织相比已发生相变。金相照片见图 6。图 6 #142 鼓包处炉内侧金相组织 500#143 鼓包处炉内侧试样在抛光未侵蚀前 100 倍下观察：外壁氧化皮厚约0.10mm。内壁氧化皮较少，厚约 0.06mm，内壁有很多氧化裂纹和腐蚀坑，深约0.09mm（图 7） 。金相组织靠外壁处为少量铁素体贝氏体，由外向内铁素体量增多，贝氏体减少，并有珠光体出现，内壁基本为铁素体珠光体，组织已发生相变，相变区域为鼓包处，且外壁比内壁相变温度高。金相照片见图 8。图 7 #143 鼓包处炉内侧内壁形貌 100图 8 #143 鼓包处炉内侧金相组织 500#143 鼓包处炉外侧试样在抛光未侵蚀前 100
8、 倍下观察：外壁氧化皮厚约0.07mm。内壁氧化皮未见，内壁有很多氧化裂纹和腐蚀坑，深约 0.14mm。金相组织为铁素体珠光体，铁素体晶界和晶界碳化物析出很少，珠光体球化 1 级。金相照片见图 9。图 9 #143 鼓包处炉外侧金相组织 500#144 一侧管子鼓包处炉内侧试样在抛光未侵蚀前 100 倍下观察：外壁氧化皮厚约 0.04mm。内壁氧化皮未见，内壁有少量腐蚀坑，深约 0.03mm。金相组织同#143 鼓包处炉内侧试样，已发生相变。#144 一侧管子鼓包处炉外侧试样在抛光未侵蚀前 100 倍下观察：外壁氧化皮厚约 0.03mm。内壁氧化皮未见。金相组织为铁素体珠光体，碳化物在铁素体晶
9、内和晶界析出，数量较少，珠光体区域明显，球化 2 级。#144 一侧管子未鼓包处炉内侧试样在抛光未侵蚀前 100 倍下观察：外壁氧化皮厚约 0.05mm。内壁氧化皮未见。金相组织为铁素体珠光体，碳化物在铁素体晶内和晶界析出，数量较少，珠光体区域明显，球化 2 级。金相照片见图10。图 10 #144 一侧管子未鼓包处炉内侧金相组织 500图 11 #144 另一侧管子鼓包处炉内侧金相组织 500#144 另一侧管子鼓包处炉内侧试样在抛光未侵蚀前 100 倍下观察：外壁氧化皮厚约 0.15mm。内壁氧化皮未见，内壁有少量氧化裂纹和腐蚀坑，深约0.05mm。金相组织为铁素体珠光体，碳化物在晶界呈小
10、球状析出，晶内碳化物较少，珠光体区域已开始分散，球化 3 级，有明显过热迹象，但未发生相变。金相照片见图 11。#144 另一侧管子鼓包处炉外侧试样在抛光未侵蚀前 100 倍下观察：外壁氧化皮厚约 0.10mm。内壁氧化皮未见。金相组织为铁素体珠光体数量贝氏体，碳化物在铁素体晶内和晶界析出，数量较少，珠光体区域明显，球化 1.5 级。#144 另一侧管子未鼓包处炉内侧试样在抛光未侵蚀前 100 倍下观察：外壁氧化皮厚约 0.08mm。内壁氧化皮未见。金相组织为铁素体珠光体，碳化物在铁素体晶内和晶界呈小球状析出，数量较少，珠光体区域明显，球化 2 级。1.4.分析与讨论水冷壁来样在对光检查中可见
11、有鼓包现象，管壁切割后可见明显鼓包现象。鼓包约 1.5mm，鼓包长度约 40mm。鼓包处壁厚较未鼓包处厚。水冷壁管子的主要元素含量符合设计材质要求。#142、143 管样的常温力学性能指标符合标准要求，#142 试样的鼓包拉伸试样均未断在鼓包处，鼓包试样和未鼓包试样常温力学性能指标相近，未见明显劣化现象。从金相组织观察，炉膛上侧管子（#142、143 管样）内壁有很多的氧化裂纹和腐蚀坑，螺旋管段（#144 试样）内壁较少。有 3 只炉内侧鼓包处试样的金相组织已发生相变，相变区域为鼓包区域，且外壁相变程度较严重。另 1 只炉内侧鼓包处试样的金相组织已发生球化，有明显的过热迹象。由于相变后形成的组织为贝氏体，该组织综合性能较好，不影响管子的正常使用。但应查明鼓包处超温的原因，避免运行时管子超温后使其高温力学性能下降导致的鼓包、开裂及泄漏失效。1.5.结论及建议（1） 管子鼓包处炉内侧组织已发生相变或球化现象，超温幅度较高。（2） 炉膛上侧管子内壁有很多氧化裂纹和腐蚀坑。（3） 建议查明鼓包处过热原因，避免过热引起的爆管失效。（4） 建议查明炉膛上侧管子内壁氧化裂纹和腐蚀坑形成的原因，并跟踪检查。
