【摘要】通過對某火力發(fā)電廠汽輪機用奧氏體不銹鋼管損壞事故的調查了解，運用現(xiàn)代的失效分析方法和手段，將事故鋼管取樣進行檢驗，找到了不銹鋼管破裂的原因，為保證設備安全運行，預防類似事故的發(fā)生提供技術保障。
　　關鍵詞：失效分析，裂紋，原因分析
　　1汽機主油泵的作用
　　主油泵是蝸殼型離心泵，安裝在前軸承箱中的汽輪機外伸軸上，與汽輪機主軸采用剛性連接，由汽輪機主軸直接驅動，以保證運行期間供油的可靠性。離心式主油泵自吸能力較差，必須不斷地向其入口供給充足的低壓油：在啟動升速和停機期間，由交流潤滑油泵向其供油；在額定轉速或接近額定轉速時由注油器向其供油。主油泵出口有管道與油箱內的注油器進口相連。
　　由于連接主油泵和注油器的管道內介質為潤滑油，所以對管道內的清潔度要求高，管道一般采用奧氏體不銹鋼制成。
　　2樣品簡況
　　某火力發(fā)電廠擴建工程6#機主油泵潤滑油出口管在機組試運行近二十小時后發(fā)生漏油，經檢查發(fā)現(xiàn)該管彎管的一端距離焊縫邊緣約10mm處有裂縫，于是截取開裂彎頭段進行開裂原因分析。
　　管子設計材質為0Cr18Ni9，規(guī)格為φ159mm×7mm，設計油壓小于3.0MPa，工作壓力約2.5MPa，工作油溫約50℃。該潤滑油系統(tǒng)使用的是高質量、均質的精煉礦物油，并且必須添加防腐蝕和防氧化的添加劑，但不得含有任何影響潤滑性能的其他雜質，潤滑油的牌號為32L-TSA/GB11120-89透平油，且經過化學成分檢驗合格。
　　3檢驗結果
　　3.1宏觀觀察
　　潤滑油出口管彎管的一端距離焊縫邊緣約10mm處開裂，開裂兩側匹配性較差，這說明出口管開裂為脆性開裂，如圖1所示。
　　                          
　　                                                         圖1開裂彎管全貌
　　在開裂處的彎管內有銹蝕現(xiàn)象，而直管部分較為光亮。
　　彎管的另一側焊縫內壁腐蝕現(xiàn)象相對輕微。
　　另外，據(jù)肉眼觀察彎管外壁有不均勻的打磨痕跡。
　　3.2壁厚測量
　　在彎管中部位置截斷，分別測量彎管外圈、內圈和兩側的壁厚，結果如下：
　　內圈壁厚/mm:7.207.307.32
　　外圈壁厚/mm:4.424.724.20
　　側面/mm:6.305.706.02
　　可以看出，彎管在中間處的內外圈壁厚不等，外圈壁厚明顯小于內圈，這說明彎管是由直管彎曲而成。
　　3.3化學成分復查
　　由于彎管和直管段銹蝕不同，均進行了化學成分復查，如表1所示。
　　表1彎管和直管化學成分
　　                   
　　從表中可以看出，彎管和直管段化學成分均符合GB/T1220-2006的規(guī)定。
　　3.4金相組織觀察
　　經夾雜物分析、開裂焊縫附近組織與晶粒度、開裂焊縫附近的沿晶腐蝕、未裂焊縫端的沿晶腐蝕、彎管中部的沿晶腐蝕等組織觀察，結果說明在斷口附近（離焊縫約10～12mm處）彎管內外表面，及直管部分都存在沿晶腐蝕現(xiàn)象，只是彎管比直管嚴重，管內比管外嚴重，彎管已裂端焊縫比未裂端焊縫內側嚴重。在彎管外壁發(fā)現(xiàn)的最大沿晶腐蝕裂紋深度達到4mm，已超過半個薄厚。
　　另外經斷口的掃描電鏡觀察結果顯示斷裂為沿晶斷裂，沿晶腐蝕嚴重，與金相觀察結果一致。對斷口進行了X射線衍射物相分析，分析結果顯示，斷口的主要物相為：γ（Fe，Ni）、Cr7C3、FeNi3。
　　4結果分析討論
　　4.1彎管生產工藝分析
　　彎管中間位置外圈壁厚明顯小于內圈，這說明彎管是由直管彎曲而成。由圖8～10可以看出，彎管夾雜物沿著管子的軸向拉長或斷裂，說明彎管為軋制管而非鑄造管。
　　一般的薄壁鑄造管在管壁中心應有兩個方向柱狀晶生長的交界線，而被檢彎管的斷口上無此特征，這也說明彎管并非鑄造管。
　　4.2晶間腐蝕敏感性
　　晶間腐蝕是指沿著多晶體晶界或它的鄰近區(qū)域發(fā)生發(fā)展的一種局部腐蝕。奧氏體不銹鋼多半在約427～816℃的敏化溫度范圍內，在特定的腐蝕環(huán)境中易發(fā)生晶間腐蝕。化學成分、晶粒尺寸、冷加工對晶間腐蝕均有影響。
　　就化學成分而言，碳是影響晶間腐蝕最主要的因素，Cr、Ni也都有影響，從公式Creff＝Cr％-0.18Ni％－100C％可計算出抗晶間腐蝕的性能。Creff數(shù)值越高，
　　抗腐蝕能力越強，將被檢樣直管和彎管的化學分析結果代入公式，有：
　　直管Creff＝18.20－0.18×8.3-100×0.042＝12.506
　　彎管Creff＝17.45－0.18×8.27－100×0.076＝8.3614
　　從Creff值可以看出，直管抗晶間腐蝕能力優(yōu)于彎管。
　　沿晶析出物集中在晶界上，通常晶粒越大，單位面積上析出物越多，基體Cr含量降低越多，晶間腐蝕越容易。
　　觀察發(fā)現(xiàn)，彎管外壁有顯著的磨削加工痕跡，加工留下的殘余應力必然會加劇晶間腐蝕的發(fā)生。
　　在以上三點的綜合作用下，彎管的綜合抗晶間腐蝕能力比直管差。
　　4.3焊縫腐蝕
　　具有沿晶腐蝕傾向的材料，在焊縫熱影響區(qū)內發(fā)生的沿晶腐蝕叫焊縫腐蝕。因為在焊縫熱影響區(qū)內有的部位恰好處在析出特定相的敏感溫度范圍之中，在腐蝕介質作用下，這一部分就會發(fā)生沿晶腐蝕。被檢失效油管開裂位置在離焊縫10～12mm左右彎管一側，此處的腐蝕屬于焊縫腐蝕。
　　斷口的X射線衍射分析結果顯示，斷面有Cr7C3析出物，由于該析出物的出現(xiàn)，導致晶界附近基體貧Cr，而引起沿晶腐蝕。
　　4.4彎管直管腐蝕分析
　　上述實驗證明，彎管不僅在焊縫的熱影響區(qū)有嚴重的晶間腐蝕（即焊縫腐蝕），而且在彎管的內外表面均有較為嚴重的晶間腐蝕。另外發(fā)現(xiàn)，直管內外表面也有較為嚴重的晶間腐蝕。根據(jù)油質化驗結果，管內潤滑油中無嚴重腐蝕成分。排除管內潤滑油的影響，彎管內外壁應該在管道投入使用前有被腐蝕介質作用的過程。
　　綜上，彎管內外壁的晶間腐蝕和焊縫腐蝕是潤滑油出口管破裂的主要原因，潤滑油出口管在使用前已被嚴重腐蝕。
　　參考文獻
　　[1]姜求志，王金瑞等.火力發(fā)電廠金屬材料手冊[M].北京：中國電力出版社,2001.
　　[2]斯重遙，周振豐等.焊接手冊第二卷—材料的焊接[M].北京：機械工業(yè)出版社,2002.
　　[3]朱國文,高立群,林建等.供熱系統(tǒng)中碳鋼管的腐蝕原因分析[J].腐蝕科學與防護技術,2001,13(5):302.
　　[4]中國腐蝕與防護學會.金屬腐蝕手冊[M].上海：上海科學技術出版社,2007.
　　[5]小若正倫.金屬的腐蝕破壞與防蝕技術[M].袁寶林譯.北京：化學工業(yè)出版社,2008.