1、锅炉元件的失效与案例 由于钢材质量不良，结构不合理，工艺质量较差及运行管理不当等原因，使锅炉元件某局部强度或塑性储藏缺乏而产生裂纹，使锅炉机组不能正常地进行工作，这种现象称为锅炉元件的失效。大量的事故说明，锅炉元件的失效给工业生产带来了很大的损失，对此必须加以足够地重视。因此，加强锅炉元件的冶金、设计、制造和运行中的质量控制，是锅炉元件平安、可靠地运行的重要保证。但锅炉元件的失效总是难免的，当失效发生后，如何分析失效的原因，从而吸取教训并提出改进措施，以防止同类问题的发生，那么是使上述技术完善、改进和提高的重要步骤之一。为此，本节主要介绍锅炉元件判别失效原因的一般规律和具体失效的实例。一、锅炉
2、元件可能产生的损坏现象锅炉元件是在各种不同条件下进行工作的，特别是承受内压的元件，在一定温度、压力和蒸汽、水及烟气的作用下长期工作。在元件的工作过程中，会发生各种有害于钢材性能的现象(表1)，如果钢的组织和性能受到损伤，从而产生失效。表1 锅炉用钢在运行中可能产生的损坏现象元件名称可能产生的损坏现象水冷壁短时过热破裂、应变时效，垢下腐蚀、氢损坏、硫腐蚀锅筒热疲劳、应变时效、苛性脆化、低周疲劳过热器管子和集箱、过热蒸汽管道短时急剧过热破裂，长时蠕变破裂、高温氧化（烟气腐蚀）、钒腐蚀、蒸汽腐蚀（氢腐蚀）、球化、石墨化，碳化物沿晶界析出、热脆性省煤器氧腐蚀、硫腐蚀、热疲劳空气预热器硫腐蚀（露点腐蚀）
3、固定件吹灰器高温氧化、回火脆性、热脆性、硫腐蚀、钒蚀紧固件应力松驰，回火脆性、蠕变脆性、热脆性构架冷脆性由表1可以看出，锅炉用钢在运行中可能产生的损坏可能是一种、两种或两种以上的因素所引起的，并且各种因素之间相互影响，这给失效分析带来一定的困难。因此，在进行元件的失效分析时，必须从冶金、制造(材料质量、冷热加工变形、热处理及焊接工况等)、运行(累计时间、超温、水质、燃烧等)诸方面的情况调查了解入手，并作必要的鉴定试验，然后进行综合分析并做出结论。二、锅炉元件损坏原因的一般判别方法(一)钢材缺陷破裂 1、破坏特征 (1)破口断面及附近残留原有缺陷迹象，缺陷处常有氧化物存在。 (2)破口断面是钝的
4、，破口处管子周长变化不大(图12-1)，因为缺陷造成的应力集中使其损坏，不产生较大的塑性变形。 (3)破口的形状与其它原因造成的损坏有明显的区别(图12-2)。由图可见，裂纹造成的破口形状呈近似矩形(图12-2a)；水循环破坏短时过热造成的破口形状为桃核形且破口锋利(图12-2b)；较短时间蠕变破坏造成的破口形状呈近似桃核形(图122c)，长时间蠕变破坏为大量小裂纹(图12-2d)。(4)裂纹具有穿晶断裂的特点，是由于在缺陷尖端造成了高的应力集中而引起的。 2、 失效原因 钢材存在原始缺陷(图6-3)，而在验收检查时未超过有关技术标准或验收检查不严格，导致元件在运行时引起破裂失效。 3、判别方
5、法 一般作破口的宏观观察和测量破口处管子周长，必要时，作旧缺口处的金相分析。(二)短时急剧过热破裂 1失效特征 (1)破口断面锐利，破口处管子周长增加很多，因为高温下塑性较大，损坏时钢伴随着较大的塑性变形。 (2)破口常呈桃核形(图12-6b)。因为是一点而破裂继而张开，而不是沿缺陷(一条线)同时破裂。 (3)破口处的金相组织常是淬硬组织或淬硬组织加铁素体。这是由于高温迅速冷却的缘故，而迅速冷却那么是工质以很高的速度从破口向外喷射，相当于喷射淬火一样，如果管壁很薄，其淬硬倾向更大。因此，破口处(区域)的硬度明显高于其它部位(图6-4) (4)管子外壁没有氧化皮。因为尽管温度很高(800)，但在
6、该温度下运行时间极短就造成破坏，在外壁还来不及形成氧化皮。 (5)有时由于工质喷射反力，使管子明显造成弯曲。 2、损坏原因 沸腾管水循环发生故障或过热器出现水塞等现象时，内部工质冷却管子的条件严重恶化，壁温急剧上升，使钢的强度大幅度地下降，在极短时间内即可引起破裂。 3、判定方法 (1)观察破口及测量破口处管子周长。 (2)显微组织观察分析及硬度的测定。 一般情况下，对这种失效形式只作破口观察就能作出结论。(三)长时过热蠕变破裂 1、失效特征 (1)钢的过热程度较大，经过较短的时间(几百小时或一两千小时以内)即可引起蠕变破裂，破口的形状与短时过热相似，但破口断面不太锐利(图122c)，钢的过热
7、程度较小，经较长时间(几千小时以上)引起的蠕变破裂，于内外壁形成许多纵向裂纹(图12-2d)，个别可能穿透管子壁厚，但破口不明显张开。 (2)破口处管子周长一般增加较少。内外壁有明显的氧化皮。过热程度较大时，裂纹沿晶内扩展，观察断口时为解理断裂；过热程度较小时，裂纹沿晶界扩展，观察断口时为沿晶断裂。 (3)碳化物明显呈球状，有时向晶界偏聚，合金元素由固溶体向碳化物转移。 (4)一般与蒸汽腐蚀及高温氧化特征相同。他们的特征见蒸汽腐蚀和高温氧化损坏局部。 2、损坏原因 (1)管子堵塞，如焊口瘤、钢球或其它物质进入管子的内部而产生该现象。 (2)热偏差或水力偏差使某些钢管中工质的流量减少。 (3)内壁积垢或积氧物过多。 (4)材料用错，以劣代优或者混料。 3、判别方法 (1)对断口进行观察分析。 (2)进行显微组织分析。 (3)进行化学成分分析。 (4)必要时，进行微区成分和碳化物相结构的分析以及力学性能试验。(四)蒸汽腐蚀(氢的腐蚀) 1、损坏特征 (1)蒸汽腐蚀发生在过热器管，一般与蠕变破坏同时发生。冷变形部位(弯头等)易于产生。裂纹较小且发生在钢管的外壁。 (2)裂纹沿晶界扩展，破口处的管子变形较小。
