高温再热器T91钢焊接接头裂纹分析

　　某电厂660 MW机组锅炉由德国巴布科克公司设计、制造,为亚临界自然循环。汽包炉采用单炉膛对冲燃烧、П布置、一次中间再热、平衡通风、固态排渣方式。机组于2002年10月投产, 2007年6月高温再热器对接接头发生泄漏,泄漏的位置为顶棚过热器向上0.5 m处。高温再热器材质为SA213-T91,规格为d63.5 mm×3.81 mm。为分析泄漏的原因,对高温再热器T91管材进行了试验分析。

　　1　试验及分析

　　1.1　宏观检验

　　裂纹位于热影响区,沿管子周向扩展,裂纹走向与熔合线平行(图1),管子外壁裂纹长度约52 mm,裂纹张口宽度约1 mm;泄漏管段附近没有明显的塑性变形和胀粗现象;裂纹断面存在较厚的氧化层,无法观察到断面的特征。断口附近未发现其它裂纹分支。

　　焊接接头的蠕变开裂,按开裂的部位可分为4种类型:在焊缝范围内发生的开裂,为“Ⅰ型开裂”;

　　在焊缝内发生,延伸到热影响区的开裂,为“Ⅱ型开裂”;在邻近熔合区的热影响区粗晶区的开裂,为“Ⅲ型开裂”;在邻近母材的热影响区细晶区的开裂,为“Ⅳ型开裂”。在锅炉实际运行中,高温再热器管焊接区出现“Ⅲ型开裂”的几率最大。微观检验结果表明,该高温再热器焊接接头的裂纹全部发生在靠近熔合区热影响区的粗晶区内,为典型的“Ⅲ型开裂”。

　　1.2　显微检验

　　沿对接接头的纵剖面制备试样,采用机械抛光,用王水浸蚀,在MEF-4金相显微镜下进行观察。

　　焊缝、熔合线处及母材的金相组织均为回火马氏体组织,在晶界上没有发现母材组织有碳化物聚集和长大的现象,组织正常(图2、图3);热影响区处有2种组织:粗晶区为马氏体组织、碳化物及屈氏体组织,碳化物明显粗化,呈连续链状分布于晶界和晶粒内部,老化级别为3级(图4);细晶区为屈氏体组织和碳化物,碳化物主要分布在晶粒内部,老化级别为2级(图5)。该裂纹的产生及扩展均位于热影响区的粗晶区,并由管子外壁向内壁扩展。

　　由于该裂纹的扩展是一个比较缓慢的过程,且高温过热器管长时间在高温下连续服役,造成裂纹断面氧化严重而存在较厚的氧化层。

　　1.3　元素定量分析

　　采用SPECTROTEST定量光谱分析仪,对高温再热器管子基体的化学成分进行定量分析。根据GB/T 14203—1993《钢铁及合金光电发射光谱分析法通则》,泄漏高温再热器管试样的化学成分符合ASMESA—213对T91钢的技术要求(表1)。

　　1.4　透射电镜检验

　　采用H-800透射电子显微镜,对焊缝热影响区沿晶界和晶粒内部分布的大量碳化物进行了透射电镜检验,并对衍射斑点进行了分析,结果表明,碳化物为M23C6(图6、图7)。由图6中可以看出,裂纹的扩展走向为沿晶的;对图7中晶界处的圆形碳化物进行能谱分析,碳化物中主要元素为Cr、Fe、Mo(图8)。因此,认为碳化物为(Cr、Fe、Mo)23C6。碳化物中主要元素及其相对含量见表2。