电站锅炉用HR3C钢管表面裂纹临界尺寸

以供货态和650℃(外管壁温度)服役18644 h的HR3C钢炉管为对象,采用实验及模型计算相结合的方法,获得HR3C钢管表面裂纹失稳扩展的临界尺寸,用于定量化评估服役HR3C钢管的可靠性。结果表明,供货态和服役态HR3C钢炉管室温及650℃时的K_(IC)值分别为16.06、2.38 MPa·m^(1/2),以及7.92、1.21 MPa·m^(1/2)。基于K-判据法,推算出供货态及在蒸气压力为5.72 MPa、650℃下服役18644 h的规格为Ф60 mm×4 mm的HR3C钢管表面裂纹失稳扩展的临界尺寸分别为0.67、0.09 mm。最后,结合显微结构及断口分析,确定了服役态HR3C钢管临界裂纹尺寸减小及服役早期失效的原因。

服役态HR3C耐热钢管的缺口敏感性

在服役态HR3C耐热钢管显微组织结构研究的基础上,比较有无缺口HR3C耐热钢管试样的拉伸性能及断口形貌的差异,评价服役态HR3C耐热钢的缺口敏感性。结果表明:605℃服役导致HR3C耐热钢中奥氏体晶粒长大,在奥氏体晶界、孪晶界析出M23C6,导致其强度增加,塑性下降。缺口导致供货态及服役态HR3C耐热钢抗拉强度及伸长率下降,但屈服强度增大。随着服役时间的延长,伴随着组织老化,服役态HR3C耐热钢的缺口敏感性增加。HR3C耐热钢管表面划伤造成尖端应力集中,导致服役态HR3C耐热钢管强度损失严重,甚至爆管失效。

服役脆化态HR3C钢管的缺口敏感性

在取自未服役与服役5万h HR3C钢管的拉伸试样上预制不同类型(V型、U型)、不同底部曲率半径(0.10,0.13,0.25,0.85mm)和不同长度(0.25,0.50,0.75,1.00mm)的缺口,通过拉伸试验研究了钢管的缺口敏感性。结果表明:未服役HR3C钢管无缺口敏感性,服役后钢管发生脆化,对缺口较为敏感;脆化态钢管对V型缺口的敏感性大于对U型缺口的,特别是对角度较大、底部曲率半径较小(0.10~0.25mm)、长度较长(0.50~1.00mm)的V型缺口较为敏感;当缺口应力集中系数大于3.5时,脆化态HR3C钢管的缺口敏感性较大。

服役2900 h的HR3C受热面管失效原因分析

为了研究某660 MW火电锅炉末级再热器管失效的原因,对失效管进行了宏观检查、化学成分分析、力学性能测试、金相组织检验及断口分析等试验。结果表明:爆口管爆口张开较大,开口长度约200 mm,爆口一侧吹损减薄,边缘锋利,另一侧无明显减薄,边缘粗糙;断口截面由减薄侧向无减薄侧形成放射扩展线;材质HR3C开裂管化学成分C,Si,Mn,P,S含量符合ASME SA-213的标准要求;硬度及室温时拉伸性能R_(m)(772 MPa)、R_(p0.2)(373 MPa)符合ASME SA-213的标准要求;高温(650℃)时拉伸性能R_(m)(482 MPa)、R_(p0.2)(212 MPa)符合GB/T 5310-2017标准要求,但室温和高温(650℃)拉伸试样断口及爆口均以沿晶脆断为主,且压扁试验中,试样出现开裂,反映出失效管子具有较大的脆性;镍基合金焊材的选用符合焊接要求。管子固定块焊缝熔合区存在咬边、未熔合等焊接缺陷,且焊趾处过渡不光滑。裂纹优先在脆性较大的HR3C材质的管子与固定块焊接的焊趾处形成,裂纹穿透管壁后高压蒸汽溢出,对临近的Super304H管子造成了吹损,导致后者减薄爆管。针对上述问题,从焊接质量、监督运行方面给出了具体的建议措施。

超超临界锅炉HR3C不锈钢高温再热器管失效原因分析

某超超临界锅炉HR3C不锈钢高温再热器管在运行过程中发生泄漏,利用爆口宏观分析、化学成分分析、显微组织观察、力学性能分析等方法对高温再热器失效管样泄漏原因进行了分析。结果表明:管子化学成分、力学性能均符合标准要求,第一爆口管子存在明显机械碰磨进而产生纵向裂纹,高温再热器管子的爆管原因为安装过程未有效控制管子与鳍片的间隙,管子在启停过程中发生机械碰磨,产生应力集中现象,这种应力集中极易导致脆性较大的HR3C母材萌生微裂纹,在长期高温高压以及应力的作用下,使得组织中微裂纹迅速扩展进而导致管子开裂泄漏。针对上述问题,从安装质量、检修、监督运行等方面给出了具体的建议措施。

1000 MW超超临界发电机组过热器管T91/HR3C钢焊接接头开裂原因分析

某1000 MW超超临界发电机组运行了约7万小时后其过热器管T91/HR3C钢焊接接头开裂。对开裂的过热器管进行了宏观分析、硬度检验、金相检验和力学性能试验。结果表明:过热器管异种钢焊接时焊缝金属溢流至T91钢侧母材形成扇形异常区,且未焊后热处理,导致接头T91钢侧熔合线部位组织和性能极不均匀,长时间高温运行过程中产生氧化缺口。在内应力、交变应力和拘束应力等的共同作用下,氧化缺口根部产生裂纹,裂纹沿熔合线扩展导致接头开裂。