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12Cr1MoVG锅炉过热管开裂原因分析及措施
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司
更新时间：2013-08-02
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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