熱電聯(lián)產(chǎn)和企業(yè)自備電站鍋爐常采用母管制運(yùn)行，主蒸汽母管多數(shù)處于超期未檢狀態(tài)。對(duì)一起在母管排查工作中的材質(zhì)錯(cuò)用案例進(jìn)行了分析。首先介紹了案例背景，然后采用力學(xué)、金相和化學(xué)的方法對(duì)被更換下的管段進(jìn)行了對(duì)比分析，最后探討了存在的安全隱患。

電站鍋爐是重要的能源轉(zhuǎn)化設(shè)備，定期檢驗(yàn)對(duì)保障鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》規(guī)定了鍋爐的檢驗(yàn)范圍和項(xiàng)目，但是熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐和企業(yè)自備電站鍋爐常采用母管制運(yùn)行，《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》規(guī)定的檢驗(yàn)范圍一直存在著無(wú)法嚴(yán)格執(zhí)行的問(wèn)題。近幾年鍋爐范圍內(nèi)管道接連發(fā)生事故，造成了較大的損失和社會(huì)影響，因此國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局辦公廳發(fā)文關(guān)于開(kāi)展電站鍋爐范圍內(nèi)管道隱患專項(xiàng)排查整治的通知（市監(jiān)特函[2018]515號(hào)，以下簡(jiǎn)稱515號(hào)文），進(jìn)一步明確了電站鍋爐范圍內(nèi)管道的檢驗(yàn)范圍及隱患排查工作。根據(jù)515號(hào)文的要求，在排查鍋爐范圍內(nèi)超期未檢的管道工作中，發(fā)現(xiàn)了一系列問(wèn)題，本文針對(duì)一起鍋爐管道材質(zhì)錯(cuò)用案例進(jìn)行了分析和討論，對(duì)于以后的排查工作的重點(diǎn)有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

1案例背景

某自備電廠的主蒸汽母管檢驗(yàn)，運(yùn)行壓力3.82 MPa，溫度455℃，材質(zhì)15CrMoG，規(guī)格中325 mm×13 mm，該母管運(yùn)行時(shí)間超過(guò)1.0X105 h，根據(jù)515號(hào)文的要求，對(duì)該主蒸汽管道對(duì)接焊接接頭進(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)、金相檢驗(yàn)及硬度檢測(cè)。在一期母管靠近端部閥門管段，見(jiàn)圖1所示位置，在金相檢驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)接接頭熱影響區(qū)和母材金相組織出現(xiàn)異常，見(jiàn)圖2.

兩直管段金相組織異常，中間彎頭正常，15CrMoG正常組織為鐵素體+珠光體，允許存在粒狀貝氏體，而圖中組織類似回火馬氏體或回火索氏體。對(duì)異常管道母材部位進(jìn)行硬度檢測(cè)，硬度值在285~320HBHLD之間，考慮到里氏硬度計(jì)的誤差，實(shí)際硬度值也嚴(yán)重超過(guò)了DL/T438-2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》中規(guī)定15CrMoG硬度值125~170HB的規(guī)定。在檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)懷疑材質(zhì)錯(cuò)用，進(jìn)一步采用了便攜式光譜儀進(jìn)行合金元素含量檢測(cè)，Cr含量1.14%，Mo含量0.45%，不含V，元素含量基本符合GB5310《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》對(duì)15CrMoG元素含量的要求。

上述管段金相組織和硬度值異常，而合金元素含量又符合15CrMoG的特征，考慮到相鄰的其他管段硬度值和金相組織均正常，現(xiàn)場(chǎng)判斷或許是熱處理出現(xiàn)了異常，現(xiàn)場(chǎng)手段已無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步分析和驗(yàn)證。考慮到金相組織異常且硬度值超出標(biāo)準(zhǔn)值太多，硬度超出近80%，存在嚴(yán)重的安全隱患，使用單位對(duì)此管段最終進(jìn)行了更換處理。本文取回了更換的管段，進(jìn)一步采用實(shí)驗(yàn)室的手段對(duì)更換下來(lái)的管段進(jìn)行了分析，下面對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2案例分析

2.1力學(xué)分析

考慮到材料由于制造或者熱處理等原因?qū)е虏牧嫌捕确植疾痪鶆颍?/span>鍋爐管表面的硬度往往和內(nèi)部及截面有區(qū)別，表面硬度的高低有時(shí)無(wú)法反應(yīng)材料的真實(shí)硬度，因此對(duì)所更換下鍋爐管進(jìn)行取樣，采用實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式布氏硬度計(jì)分別對(duì)其外表面、內(nèi)表面及截面進(jìn)行硬度檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。表1可以看出，外表面硬度略低于內(nèi)表面及截面，但基本可以反映鍋爐管的整體硬度情況，與現(xiàn)場(chǎng)里氏硬度計(jì)測(cè)得的數(shù)值（最大320HBHLD）也較為接近，由此說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)便攜里氏硬度計(jì)所測(cè)的硬度值也是可信的，嚴(yán)重超出了15CrMoG規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。

對(duì)更換的管段分別取拉伸試樣和沖擊試樣，得出的結(jié)果見(jiàn)表2，試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都極高，抗拉強(qiáng)度嚴(yán)重超出了15CrMoG的上限值。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度數(shù)值比較接近，沒(méi)有明顯的屈服階段，斷后伸長(zhǎng)率低于15CrMoG的標(biāo)準(zhǔn)值，試樣的塑形較低，而沖擊吸收功又滿足15CrMoG的要求，可見(jiàn)試樣具有足夠的抵抗瞬時(shí)沖擊的能力。

通過(guò)以上力學(xué)性能分析可見(jiàn)更換的鍋爐管具有很高的硬度、強(qiáng)度和抵抗瞬時(shí)沖擊的能力，但是塑性較低。

2.2金相分析

對(duì)照硬度的試驗(yàn)位置，對(duì)更換管段進(jìn)行取樣，分別對(duì)外表面、內(nèi)表面及截面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室金相檢驗(yàn)，得到照片見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，內(nèi)外表面及截面組織形貌相同，組織均勻，可否定表面熱處理不均勻的原因所導(dǎo)致，同時(shí)與硬度得出的結(jié)果也相符。組織都不是GB 5310中規(guī)定的15CrMoG的組織狀態(tài)，即非鐵素體+珠光體，組織形態(tài)接近回火馬氏體或者回火索氏體，具體判斷還要結(jié)合熱處理藝。后150℃~250℃回火，即低溫回火，得到回火馬氏體為主組織，具有高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性及一定的韌性；淬火后500℃以上高溫回火，即調(diào)質(zhì)處理，得到回火索氏體組織，鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性得到恰當(dāng)?shù)呐浜希哂辛己玫木C合力學(xué)性能。結(jié)合上面試樣的力學(xué)性能結(jié)果，符合回火馬氏體或回火索氏體的力學(xué)性能特征。

2.3化學(xué)分析

在檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)采用便攜式光譜儀測(cè)得的合金元素含量基本滿足15CrMoG的成分要求，但是基于上述力學(xué)分析，判斷此種材料可能并非低合金耐熱鋼，可能屬于中碳鋼，C元素含量的提高會(huì)提高材料的強(qiáng)度和硬度，而降低塑性，而便攜式光譜儀無(wú)法測(cè)定C元素的含量。為驗(yàn)證猜測(cè)，進(jìn)一步取樣進(jìn)行化學(xué)分析，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了猜測(cè)，C元素含量超出了15CrMoG的要求，其他元素含量均在要求范圍之內(nèi)。

3案例討論

經(jīng)過(guò)以上的力學(xué)、金相和化學(xué)分析可確認(rèn)此段鍋爐管屬于材質(zhì)錯(cuò)用。C元素含量超出了對(duì)低合金耐熱鋼的要求，低合金耐熱鋼一般控制在0.1%~0.2%之間。隨著鋼中C含量的增加，鋼的室溫強(qiáng)度增加，但是塑形和韌性降低，試驗(yàn)表明，在試驗(yàn)溫度600℃以下時(shí)，隨著C含量增加，鋼的高溫短時(shí)強(qiáng)度增加，而高溫的塑性、韌性降低。同時(shí)提高含碳量會(huì)對(duì)鋼的熱強(qiáng)性產(chǎn)生不利影響[2]，并且會(huì)降低鋼在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行的組織穩(wěn)定性，增加組織變化對(duì)鋼性能的影響。除此之外，當(dāng)鋼中C元素含量超出0.25%時(shí)，焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋，而更換下的管段C含量達(dá)到0.26%，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行存在極大的安全隱患。

4結(jié)語(yǔ)

主蒸汽母管的材質(zhì)錯(cuò)用是由于缺乏有效管理和監(jiān)督所導(dǎo)致，是極大的安全隱患，515號(hào)文加強(qiáng)了對(duì)主蒸汽母管的監(jiān)督管理。在以后的排查工作中，應(yīng)結(jié)合多種手段的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)出現(xiàn)異常的問(wèn)題進(jìn)行綜合分析，最終來(lái)判定屬于何種問(wèn)題，以消除隱患，從而達(dá)到保障安全、穩(wěn)定運(yùn)行的目的。