由于鋼材質(zhì)量不良，結(jié)構(gòu)不合理，工藝質(zhì)量較差及運(yùn)行管理不當(dāng)?shù)仍?，使鍋爐元件某部分強(qiáng)度或塑性儲備不足而產(chǎn)生裂紋，使鍋爐機(jī)組不能正常地進(jìn)行工作，這種現(xiàn)象稱為鍋爐元件的失效。大量的事故表明，鍋爐元件的失效給工業(yè)生產(chǎn)帶來了很大的損失，對此必須加以足夠地重視。因此，加強(qiáng)鍋爐元件的冶金、設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行中的質(zhì)量控制，是鍋爐元件安全、可靠地運(yùn)行的重要保證。但鍋爐元件的失效總是難免的，當(dāng)失效發(fā)生后，如何分析失效的原因，從而吸取教訓(xùn)并提出改進(jìn)措施，以防止同類問題的發(fā)生，則是使上述技術(shù)完善、改進(jìn)和提高的重要步驟之一。為此，本節(jié)主要介紹鍋爐元件判別失效原因的一般規(guī)律和具體失效的實(shí)例。

一、鍋爐元件可能產(chǎn)生的損壞現(xiàn)象

鍋爐元件是在各種不同條件下進(jìn)行工作的，特別是承受內(nèi)壓的元件，在一定溫度、壓力和蒸汽、水及煙氣的作用下長期工作。在元件的工作過程中，會發(fā)生各種有害于鋼材性能的現(xiàn)象(表1)，如果鋼的組織和性能受到損傷，從而產(chǎn)生失效。

表1? 鍋爐用鋼在運(yùn)行中可能產(chǎn)生的損壞現(xiàn)象

由表1可以看出，鍋爐用鋼在運(yùn)行中可能產(chǎn)生的損壞可能是一種、兩種或兩種以上的因素所引起的，并且各種因素之間相互影響，這給失效分析帶來一定的困難。因此，在進(jìn)行元件的失效分析時(shí)，必須從冶金、制造(材料質(zhì)量、冷熱加工變形、熱處理及焊接工況等)、運(yùn)行(累計(jì)時(shí)間、超溫、水質(zhì)、燃燒等)諸方面的情況調(diào)查了解入手，并作必要的鑒定試驗(yàn)，然后進(jìn)行綜合分析并做出結(jié)論。

二、鍋爐元件損壞原因的一般判別方法

(一)鋼材缺陷破裂

??? 1、破壞特征

??? (1)破口斷面及附近殘留原有缺陷跡象，缺陷處常有氧化物存在。

??? (2)破口斷面是鈍的，破口處管子周長變化不大(圖12--1)，因?yàn)槿毕菰斐傻膽?yīng)力集中使其損壞，不產(chǎn)生較大的塑性變形。

??? (3)破口的形狀與其它原因造成的損壞有明顯的區(qū)別(圖12--2)。由圖可見，裂紋造成的破口形狀呈近似矩形(圖12--2a)；水循環(huán)破壞短時(shí)過熱造成的破口形狀為桃核形且破口尖銳(圖12--2b)；較短時(shí)間蠕變破壞造成的破口形狀呈近似桃核形(圖12—2c)，長時(shí)間蠕變破壞為大量小裂紋(圖12--2d)。

(4)裂紋具有穿晶斷裂的特點(diǎn)，是由于在缺陷尖端造成了高的應(yīng)力集中而引起的。

? 2、? 失效原因

? 鋼材存在原始缺陷(圖6-3)，而在驗(yàn)收檢查時(shí)未超過有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或驗(yàn)收檢查不嚴(yán)格，導(dǎo)致元件在運(yùn)行時(shí)引起破裂失效。

? 3、判別方法

? 一般作破口的宏觀觀察和測量破口處管子周長，必要時(shí)，作舊缺口處的金相分析。

?(二)短時(shí)急劇過熱破裂

? 1．失效特征

? (1)破口斷面銳利，破口處管子周長增加很多，因?yàn)楦邷叵滤苄暂^大，損壞時(shí)鋼伴隨著較大的塑性變形。

? (2)破口常呈桃核形(圖12--6b)。因?yàn)槭且稽c(diǎn)而破裂繼而張開，而不是沿缺陷(一條線)同時(shí)破裂。

? (3)破口處的金相組織常是淬硬組織或淬硬組織加鐵素體。這是由于高溫迅速冷卻的緣故，而迅速冷卻則是工質(zhì)以很高的速度從破口向外噴射，相當(dāng)于噴射淬火一樣，如果管壁很薄，其淬硬傾向更大。因此，破口處(區(qū)域)的硬度明顯高于其它部位(圖6-4)

? (4)管子外壁沒有氧化皮。因?yàn)楸M管溫度很高(≥800℃)，但在該溫度下運(yùn)行時(shí)間極短就造成破壞，在外壁還來不及形成氧化皮。

? (5)有時(shí)由于工質(zhì)噴射反力，使管子明顯造成彎曲。

??? 2、損壞原因

??? 沸騰管水循環(huán)發(fā)生故障或過熱器出現(xiàn)水塞等現(xiàn)象時(shí)，內(nèi)部工質(zhì)冷卻管子的條件嚴(yán)重惡化，壁溫急劇上升，使鋼的強(qiáng)度大幅度地下降，在極短時(shí)間內(nèi)即可引起破裂。

?? ?3、判定方法

??? (1)觀察破口及測量破口處管子周長。

??? (2)顯微組織觀察分析及硬度的測定。

??? 一般情況下，對這種失效形式只作破口觀察就能作出結(jié)論。

(三)長時(shí)過熱蠕變破裂

??? 1、失效特征

??? (1)鋼的過熱程度較大，經(jīng)過較短的時(shí)間(幾百小時(shí)或一兩千小時(shí)以內(nèi))即可引起蠕變破裂，破口的形狀與短時(shí)過熱相似，但破口斷面不太銳利(圖12—2c)，鋼的過熱程度較小，經(jīng)較長時(shí)間(幾千小時(shí)以上)引起的蠕變破裂，于內(nèi)外壁形成許多縱向裂紋(圖12--2d)，個(gè)別可能穿透管子壁厚，但破口不明顯張開。

??? (2)破口處管子周長一般增加較少。內(nèi)外壁有明顯的氧化皮。過熱程度較大時(shí)，裂紋沿晶內(nèi)擴(kuò)展，觀察斷口時(shí)為解理斷裂；過熱程度較小時(shí)，裂紋沿晶界擴(kuò)展，觀察斷口時(shí)為沿晶斷裂。

??? (3)碳化物明顯呈球狀，有時(shí)向晶界偏聚，合金元素由固溶體向碳化物轉(zhuǎn)移。

??? (4)一般與蒸汽腐蝕及高溫氧化特征相同。他們的特征見蒸汽腐蝕和高溫氧化損壞部分。

??? 2、損壞原因

??? (1)管子堵塞，如焊口瘤、鋼球或其它物質(zhì)進(jìn)入管子的內(nèi)部而產(chǎn)生該現(xiàn)象。

??? (2)熱偏差或水力偏差使某些鋼管中工質(zhì)的流量減少。

? ??(3)內(nèi)壁積垢或積氧物過多。

??? (4)材料用錯，以劣代優(yōu)或者混料。

??? 3、判別方法

??? (1)對斷口進(jìn)行觀察分析。

??? (2)進(jìn)行顯微組織分析。

??? (3)進(jìn)行化學(xué)成分分析。

??? (4)必要時(shí)，進(jìn)行微區(qū)成分和碳化物相結(jié)構(gòu)的分析以及力學(xué)性能試驗(yàn)。

?(四)蒸汽腐蝕(氫的腐蝕)

??? 1、損壞特征

??? (1)蒸汽腐蝕發(fā)生在過熱器管，一般與蠕變破壞同時(shí)發(fā)生。冷變形部位(彎頭等)易于產(chǎn)生。裂紋較小且發(fā)生在鋼管的外壁。

??? (2)裂紋沿晶界擴(kuò)展，破口處的管子變形較小。