某新建電廠1號鍋爐配300 MW汽(qi)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)組(zu)

，為(wei)亞(ya)臨(lin)界(jie)壓(ya)力(li)帶(dai)一(yi)次(ci)中(zhong)間(jian)再(zai)熱(re)自(zi)然(ran)循(xun)環(huan)汽(qi)包(bao)鍋(guo)爐(lu)。采(cai)用(yong)平(ping)衡(heng)通(tong)風(feng)中(zhong)速(su)磨(mo)正(zheng)壓(ya)直(zhi)吹(chui)式(shi)送(song)粉(fen)係(xi)統(tong)。燃(ran)料(liao)為(wei)煙(yan)煤(mei)
，鍋(guo)爐(lu)以(yi)最(zui)大(da)連(lian)續(xu)負(fu)荷(he)(MCR)丁況為設計參數，最大連續蒸發量1 025 t/h，過熱器、再熱器蒸汽出口溫度為541℃，給水溫度280℃，富通新能源生產銷售生物質鍋爐
，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機

、木屑顆粒機、秸稈壓塊機壓製的生物質顆粒燃料。
    1號鍋爐本體安裝完畢後進行了水壓試驗（1.5倍工作壓力
，即29.745 MPa）。水壓試驗進行過程中，當壓力升至約20 MPa時
，尋檢人員聽到爐內有異常聲音
，檢查發現鍋爐前包牆水冷壁變徑管有2根發生爆裂
，兩處爆口形貌特征基本相同，爆口均在小口徑側
，呈縱向分布，1號爆口示意圖見圖1。爆口處小口徑管規格為∮42 mmx5.5 mm,大口徑管規格為∮5.1mmx6.5 mm，材質均為20鋼，包牆設計壓力19.2 MPa
，自然循環。
1、分析方法
    首先對爆口形貌進行宏觀觀察，再用SMZ-10體視顯微鏡對斷麵進行低倍觀察分析，用NEOPHOT-32臥式金相顯微鏡分析管子的微觀組織

，在WE-10萬能試驗機上進行常溫力學性能試驗，並用JSM-840掃描電子顯微鏡對斷口進行了分析
，另外還進行了化學成分、壓扁和顯微硬度試驗分析，
2
、試驗與分析
2.1宏觀觀察
    宏觀觀察發現：裂紋位於水冷壁管的變徑處和細管焊縫之間，沿鋼管軸線向粗細兩側延伸，裂紋長約150 mm，內表麵裂紋較外表麵裂紋略長些，說明裂紋可能是由內向外擴展。
    斷麵清洗幹淨後，用SMZ-10體視顯微鏡對斷麵進行低倍觀察，低倍下絕大部分斷麵呈結晶狀，斷裂麵上靠近變徑管內側有一長約20 mm的de窄zhai帶dai，表biao麵mian附fu有you蘭lan色se及ji紅hong色se氧yang化hua物wu，從cong裂lie紋wen的de擴kuo展zhan方fang向xiang來lai看kan
，水shui壓ya試shi驗yan過guo程cheng中zhong，裂lie紋wen正zheng是shi由you此ci處chu開kai始shi向xiang外wai快kuai速su擴kuo展zhan，最zui終zhong造zao成cheng水shui冷leng壁bi管guan子zi爆bao裂lie。
2.2掃描電鏡斷口分析
    用JSM-840掃描電鏡對低倍顯微鏡下觀察到的附有氧化層的窄帶進行觀察分析。該窄帶位於斷裂麵靠近變徑管內側處
，長約20 mm左右，寬約0.45mm
，窄帶表麵有氧化層，此氧化層處即為起裂源，起裂源區形貌見圖2(a)所示。
起裂源區氧化層形貌見圖2(b)所(suo)示(shi)。起(qi)裂(lie)源(yuan)區(qu)有(you)氧(yang)化(hua)層(ceng)存(cun)在(zai)，而(er)氧(yang)化(hua)層(ceng)的(de)形(xing)成(cheng)需(xu)要(yao)時(shi)間(jian)，所(suo)以(yi)氧(yang)化(hua)層(ceng)的(de)存(cun)在(zai)表(biao)明(ming)起(qi)裂(lie)源(yuan)區(qu)存(cun)在(zai)有(you)原(yuan)始(shi)缺(que)陷(xian)
，且(qie)可(ke)能(neng)是(shi)某(mou)種(zhong)侵(qin)入(ru)性(xing)缺(que)陷(xian)，此(ci)內(nei)容(rong)在(zai)金(jin)相(xiang)組(zu)織(zhi)觀(guan)察(cha)中(zhong)予(yu)以(yi)論(lun)述(shu)。對(dui)圖(tu)中(zhong)氧(yang)化(hua)層(ceng)作(zuo)能(neng)譜(pu)分(fen)析(xi)
，證(zheng)明(ming)為(wei)氧(yang)化(hua)鐵(tie)產(chan)物(wu)。
    觀察整個斷口
，在起裂源的前沿有約0.4 mm的塑性變形區，見圖3(a)；而整個快速擴展區則為純解理開裂，為脆性斷裂，見圖3(b)
，證明在當時載荷條件下，管子材料表現出很大的脆性。
    為了便於比較
，在裂紋擴展前沿製作了人工斷口，兩種斷口交界處微觀形貌見圖4。可以看出，在不同的載荷條件下
，斷麵快速擴展區f照片左側）和人工斷口區（照片右側）的斷裂方式不同
，原斷口是在管子存在原始缺陷、加載速度較快的情況下造成的，故裂紋快速擴展區表現為脆性解理開裂，而人工斷口區則體現出韌性開裂的特征。
2.3顯微組織分析
    從斷裂的前包牆水冷壁不同部位（包括粗管∮51mmx6.5 mm和細管∮42mmx5.5mm）截取縱向試樣，觀察其顯微組織
，見圖5所示，水冷壁的金相組織為鐵素體十珠光體，部分鐵素體呈帶狀、彎曲狀分布，帶狀組織級別最高為B係列2ji。gaizhongzuzhixingtaiyushuilengbiguanshouwailizuoyongchanshengsuxingbianxing
，yuneibudejinglixingtaifashengbianhuayouguan
，shoulayinglishi
，jinglibeilachang，daizhuangzuzhishiguanzizaixingnengshangbiaoxianchugexiangyixing。
    另外
，從斷裂的水冷壁管變徑處截取橫向金相試樣，在金相顯微鏡下觀察。此處水冷壁管的顯微組織為鐵素體+珠光體

，在變徑管內表麵主裂紋的兩側發現有多條與主裂紋大致平行的小裂紋
，見圖6。這些小裂紋長短不一
，裂紋內有氧化夾雜層，即圖2(b)所示類氧化夾雜物。因此可以認為：該(gai)管(guan)子(zi)存(cun)在(zai)有(you)原(yuan)始(shi)小(xiao)裂(lie)紋(wen)，在(zai)小(xiao)裂(lie)紋(wen)內(nei)壁(bi)形(xing)成(cheng)氧(yang)化(hua)物(wu)，在(zai)水(shui)壓(ya)試(shi)驗(yan)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，此(ci)處(chu)即(ji)為(wei)裂(lie)紋(wen)源(yuan)，隨(sui)著(zhe)裂(lie)紋(wen)的(de)迅(xun)速(su)擴(kuo)張(zhang)，達(da)到(dao)臨(lin)界(jie)尺(chi)寸(cun)後(hou)，管(guan)子(zi)即(ji)破(po)裂(lie)。
2.4常溫力學性能試驗
    為了對比分析失效原因，在失效管樣變徑段與焊縫之間區域（鋼管規格為∮42 mmx5.5mm）和未爆管的相同變徑位置上截取縱向拉伸試樣進行常溫拉伸試驗。同時為了複檢前包牆水冷壁管原材料（鋼管規格為45mmx6.5mm）的力學性能，在原始管段上截取縱向拉伸試樣
，進行常溫拉伸試驗。試驗結果見表1。
    由表1可見，對規格為∮42 mmx5.5 mm的試樣，除未爆管一3試樣以外，其它試樣的抗拉強度試驗值均超出GB5310-95《高壓鍋爐用無縫鋼管》中規定的上限值，伸長率則是GB5310-95《高壓鍋爐用無縫鋼管》中規定伸長率值的～半。所有試樣的屈服強度試驗值均超出標準的上限值。
    規格為Ø51 mmx6.5 mm的原始管試樣抗拉強度、屈服強度及伸長率符合GB5310-95《高壓鍋爐用無縫鋼管》中有關力學性能的要求。
    屈強比表示了材料均勻變形的能力，由塑性變形至最後斷裂的形變容量，其值越大，材料的承載能力、利用率越高，但材料在斷裂前塑性“儲備”太少，對應力集中敏感，耐疲勞抗力下降，安全可靠性下降。尤其是構件在製造過程中產生加工硬化、裂紋和殘餘應力時
，對安全性危害更大。一般碳素鋼屈強比為0.6～0.65。由表1可見，大部分試樣的屈強比偏高。
    gangguancailiaozaifashengsuxingbianxingshi，suizhehuayidejinxing，yanhuayimianfujindejinggefashengwaiquhejibian，huayiqudejinglibeiposui，zaochenglejinshujinyibusuxingbianxingdekunnan
，shidegangguancailiaodeyingdushenggao，qiangduzengjia
，quqiangbidafudutigao
，daozhijinshucailiaodesuxingyurenxingjijuxiajiang，cailiaocuixingjijuzengda。ruocailiaoneibucunzaiyoumouzhongquexian，zezaiyidingwailizuoyongxia

，neibuquexianjiyishiwen，congeryinqikailie。
2.5其它試驗
    進行了壓扁、化學成分及硬度試驗。壓扁和化學成
分試驗均符合要求。
    在顯微組織分析試樣上進行了硬度試驗，規格為∮42 mmx5.5 mm試驗管樣的硬度值在220～235HB範圍區間
，而規格為4.5mmx6.5 mm試驗管樣的顯微硬度值在130～170HB範圍區間。可見
，顯微硬度試驗反映的信息與常溫拉伸試驗結果一致。
3、結論
    某電廠1號鍋爐水壓試驗時前包牆水冷壁變徑爆管屬於脆性破裂，爆管的原因是：該段鋼管力學性能不符合要求，強度過高，韌性太差，屈強比偏高；變徑管內表麵存在微小裂紋，是爆管產生的根源；顯微組織的不均勻，導致了鋼管性能上的各項異性。
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