某公司使用的鍋爐過熱管，使用約半年時間后在管子的彎管段發生爆管，過熱管材質為12CrIMoVC，規格為∮38×3.5。管外為高溫煙氣，管內為過熱蒸汽，管內壓力約為1.2 MPa，高溫煙氣和管內蒸汽通過過熱器管壁進行熱交換。為查清爆裂原因，避免高溫過熱器的再次爆裂，我們將爆裂的管段截下后，通過化學成分分析、硬度和力學性能測試、低倍和高倍金相觀察對其進行了失效分析。
2、理化檢驗
2.1宏觀檢驗
宏觀檢查發現過熱器管彎頭部位存在多處裂紋，直管段沒有發現裂紋，且裂紋位于彎管內側或側面，沿軸向開裂，見圖l。觀察其斷口呈脆性裂口，無明顯塑性變形，彎頭裂紋處壁厚減薄量為(3.5—3. 4)/3.5=2.86%，減薄量在《鍋爐管子制造內控標準》的控制范圍之內，無顯著減薄現象，在彎頭開裂處管徑沒有脹粗現象。在直管段和彎頭處的裂紋部位取樣，進行低倍試驗，經熱酸溶液腐蝕后，肉眼可見內壁存在較多缺陷，如圖2。在該部位沿軸向對剖，經酸溶液熱蝕后，發現鋼管的內壁存在延軸向分布的細小裂紋和缺陷，這些缺陷是軋制過程中產生的拉道，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的木屑生物質顆粒燃料。
2.2化學成分分析
在直管段取樣進行化學成分分析，使用SPEC-TROLAB M9型直讀光譜儀對管材進行成分分析，結果見表l。
2.3力學性能測試
分別在彎頭有裂紋的直管段和彎頭無裂紋的直管段取樣，使用CMT5105型微機控制電子萬能試驗機進行拉伸試驗，結果見表2。
2.4硬度測試
在遠離裂口處的直管段和彎頭處的裂口部位取樣，使用HV-10B型維氏硬度計進行硬度試驗，結果見表3。
2.5金相檢驗
分別在遠離爆口處的直管段和彎頭處的爆口部位取樣，磨制金相試樣，采用日本OLYMPUS GX71型金相顯微鏡進行金相高倍觀察。經觀察發現，裂紋起源于鋼管內壁，沿半徑方向向鋼管外壁發展，有的已穿透管壁，有的未穿透管壁，裂紋呈現沿晶開裂的特征，裂紋內部充滿灰色填充物，見圖3，圖4。直管段和彎頭處的金相組織無明顯差異，均為鐵素體+珠光體，見圖5、圖6。珠光體呈中度球化，鋼管晶粒度為8級，夾雜物級別為BO.5，C0.5．D1.0。
3、分析與探討
12CrlMoVG具有良好的工藝性．被廣泛用于鍋爐過熱器、再熱器等構件的制造。鍋爐設備中過熱器爆管部位大部分發生在向火側以及管子彎頭處。造成過熱器爆管的原因大致可歸納為：管子超溫、管子球化嚴重、管子被腐蝕、管子質量差、彎管不當等。從以上檢驗結果來看，鋼管的化學成分和金相組織符合國家標準CB5310 -1995中12CrlMoVG的規定。彎管處壁厚減薄量在《鍋爐管子制造內控標準》的控制范圍之內，管徑沒有脹粗。但是檢查發現，鋼管的學性能未達到GB5310 - 1995中12CrlMoVG的規定，其抗拉強度已接近甚至超過標準規定上限值，而延伸率未達到標準規定下限值，說明鋼管強度偏高塑性較差，存在一定脆性。另一方面，有試驗表明，球化對鋼的力學性能有較大影響，12CrIMoVG鋼隨著球化級別的增加，抗拉強度降低而塑性增加，而從以上我們對鋼管金相組織的觀察得知，鋼管經使用半年后珠光體組織有中度球化，使用后的鋼管強度較使用前應有所降低，由此我們可以推斷，使用前的過熱器管強度更高，塑性更差。眾所周知，管子在運行前存在裂紋或發紋、折疊、拉道等缺陷會加速管子的爆裂，從宏觀低倍檢查得知，鋼管內壁存在較多延軸向分布的拉道和缺陷，這為裂紋的形成提供了內因。彎管過程中，彎頭部位產生變形，鋼管經歷了外側管壁減薄、內壁管壁增厚、以及由圓變橢圓的過程，在該部位產生形變硬化，在彎頭處產生較大的彎曲應力，彎頭處的硬度檢測結果高于直管段的硬度．也正好驗證了這一點。彎頭側面以及靠近彎管的內側處鋼管內壁環向應力為拉應力，裂紋一般由內壁萌生，為鋼管的開裂提供了外因，工作時管內外壓力差及溫差作用而產生的外加應力和熱應力，為應力裂紋的產生提供了充分條件。在鋼管中存在較大應力的情況下，由于管材內壁表面質量較差，在內壁拉道上形成應力集中，這些拉道更容易成為裂紋源，當應力超過材料的強度極限時便會產生開裂。
4、結論
(1)該過熱管的化學成分符合GB5310 - 1995中12CrlMoVG的規定要求，而力學性能不符合規定要求，其強度偏高塑性較差。
(2)過熱管產生的裂紋是應力裂紋。
(3)過熱管內壁質量較差，內壁拉道等缺陷是造成過熱管開裂的內因。過熱管彎頭的彎曲殘余應力也是造成開裂的原因之一。
5、建議
(1)提高鋼管內外表面質量，避免過熱管從表面形成裂紋源而產生開裂。
(2)鋼管力學性能不符合標準要求，反映出鋼管的熱處理工藝不當，應對鋼管的熱處理工藝進行優化，確保鋼管的力學性能符合標準要求。
(3)對于機械彎曲成形的過熱管，必須通過熱處理進行消除應力退火，以降低彎管的殘余應力。
