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[摘 要] 本文首先介绍锅炉受热面钢材的基本要求，分析材质问题造成的受热面失效原因。
[关键词] 锅炉受热面 材料缺陷 失效分析
前言
锅炉受热面失效的研究和预防是锅炉检验和监察人员要探讨的重要课题。本文针对工业锅炉和电站锅炉受热面失效的问题，介绍失效机理及其产生原因，提出了相应的预防措施。
锅炉受热面失效的原因各式各样，多数情况下不是一种而是多种因素共同作用造成的，这实际上和受热面的设计、选材、制造、检查、运输、安装、运行、检修等各个环节的因素都有密切的关系。有时某一种因素又和其它几种因素息息相关，难以判别主要原因和次要原因，给事故的整改工作带来许多不便。因此分析受热面失效的原因时，必须从材质、设计制造、安装以及运行等多方面的情况入手，并结合相关试验的结果进行综合分析和判断。切忌只根据局部的表面现象，以偏概全、生搬硬套地下定论。
在锅炉受热面的失效分析之前，首先必须做好前期的调查和资料收集工作，为后续系统全面地进行研究分析打好基础。根据多年来的实践工作和经验，通常先从以下几个方面来进行着手：
（1） 查看锅炉设计图纸和计算资料（包括大修和改造部分）；
（2）查看电厂运行记录和煤质分析报告（上次大修和改造至今）；
（3）查看安装公司产品检验报告和技术整改通知单（包括大修和改造部分）；
（4） 查看爆管事故记录和检修报告（上次大修和改造至今）；
（5）查看锅炉的定期检验报告（包括大修和改造部分）；
（6）现场勘察和记录，拍好失效部件的照片或视频（最好是保存完好的事故现场）；
（7）询问相关运行和检修人员事故发生前后的情况，并做好记录。
通常我们把造成锅炉受热面失效的常见原因分成三大类问题：材质方面的问题、设计制造安装方面的问题以及运行方面的问题。现根据锅炉受热面常见的材质方面的失效机理，进行分析和讨论。
1.锅炉受热面钢材的基本要求
（1）有足够的持久强度和抗蠕变的能力；（2）较高的高温抗氧化能力；（3）良好的组织稳定性能；（4）良好的焊接和加工性能。
2.锅炉受热面常用钢材的特性和用途
（1）碳钢 20/GB3087 和 20G/GB5310
碳钢管在高温下运行会产生珠光体球化，450℃以上长期运行时还会产生石墨化，因此其最高使用温度通常限制在450℃以下。材料的焊接和各项加工性能优良，主要用于电站锅炉中水冷壁管、省煤器管、锅炉尾部包墙过热器管以及部分低温过热器管。
（2）15CrMoG/GB5310
材料在 520℃以下时，有足够的持久强度和良好的高温抗氧化能力。550℃以上时，材料抗蠕变的能力显著下降。长期在500～550℃运行时，会产生碳化物球化现象，使强度降低。材料焊前须预热（小口径薄壁管除外）、焊后需回火，机械加工性能和冷应变塑性良好。主要用于电站锅炉中顶棚过热器管、锅炉尾部包墙过热器管以及部分低温过热器管以及超临界锅炉的水冷壁管。
（3）12Cr1MoVG/GB5310
材料在580℃以下时，有良好的持久强度、抗氧化能力以及较高的持久塑性。600℃以上时，材料抗氧化能力显著下降，氧化膜易脱落。长期在 540～570℃运行时，会产生碳化物球化现象，使强度降低。材料焊接和加工工艺性能良好。因此广泛用于壁温小于 580℃的过热器管和汽温小于 545℃的蒸汽管道上。
（4）12Cr2MoWVTiB（钢研 102）
材料的耐热性较高、有较高的持久强度，其机械结果性能良好，但对焊接和热处理要求较高，稳定性较差。主要用于壁温在600～620℃以下的高温过热器管和高温再热器管。在新设计的电站锅炉中逐渐被其它新材料（如T22 、T91 和 TP304H等）取代。
（5）T91(P91)
属于马氏体不锈钢，具有较高的抗拉强度、高温蠕变强度和高温持久强度、高的韧性和高的抗氧化能力，有低的热膨胀系数和良好的导热性能。因此 T91 适用于壁温小于 650℃的过热器管，P91 适用于壁温小于 640℃的蒸汽管道上。材料淬硬倾向大，易产生裂纹。焊接和热处理工艺要求较高，工地现场施工难度较大。
（6）TP347H
属于奥氏体不锈钢，最高使用温度可达 700℃，具有高温持久强度、塑性和韧性好、抗氧化能力高、抗晶界腐蚀能力好的特性，但导热性能较差、有一定热裂倾向、易产生应力腐蚀。其焊接性能好，但热处理工艺要求较高，因此适用于壁温小于650℃的高温过热器管和高温再热器管上。
3.材质问题造成的受热面失效
锅炉在制造、安装和检修中，由于选材不慎错用材料或使用了有缺陷的材料，运行一段时间都后会导致受热面失效。
（1）选取的材料不能满足受热面的基本强度和性能要求的情况，均属于错用材料。最常见的情况是由于错用了使用温度较低的钢管，材料的持久强度不够，材料处于超温运行状态，运行一段时间后就造成过热爆管，其爆破口的特征和金相组织变化均与长期超温爆管相同。这种情况通过化学分析就能查出事故原因；另外，在制造安装维修阶段，误用和错用焊接材料的情况也时有发生。
（2）由于材料自身加工的缺陷，使得管子表面存在有划伤、折叠、裂纹、表面渗铜等问题。这些材质缺陷通常会使局部应力集中引起缺陷部位扩大加剧而损坏。其损坏特征为：
①管径和壁厚无变化不大、爆破口平直粗钝；
②爆破口大都沿缺陷方向展开，断面附近残留原有缺陷（划伤、折叠、裂纹、表面渗铜等）：
③裂纹一般属于穿晶性质（铜裂沿晶分布）。这主要是管子冷拔加工采用 CuSO4 作润滑剂，在锅炉制造热加工（焊接、热烘）过程中产生表面龟裂。铜沿晶界渗入刚体内部，使得材质变脆产生铜裂。
4.防范措施
（1）严把原材料入口关，把不合格产品挡在来料检验阶段；
（2）加强材料管理和发放工作，防止混料现象出现；
（3）加强光谱检查工作，最大限度减少错用材料；
（4）采用科学合理的加工工艺手段，减少加工缺陷的产生。
参考文献：
[1]郑江. 超高压锅炉受热面超温的原因分析及处理[J]. 新疆电力技术, 2008,(01).
[2]曹振涛,吴倩,文斌.锅炉受热面的失效分析及整改[J].广西轻工业, 2010,136(3):42.
[3]熊文. 大型电站锅炉T23钢焊缝开裂失效分析[J]. 江西电力, 2011,(03).
[关键词] 锅炉受热面 材料缺陷 失效分析
前言
锅炉受热面失效的研究和预防是锅炉检验和监察人员要探讨的重要课题。本文针对工业锅炉和电站锅炉受热面失效的问题，介绍失效机理及其产生原因，提出了相应的预防措施。
锅炉受热面失效的原因各式各样，多数情况下不是一种而是多种因素共同作用造成的，这实际上和受热面的设计、选材、制造、检查、运输、安装、运行、检修等各个环节的因素都有密切的关系。有时某一种因素又和其它几种因素息息相关，难以判别主要原因和次要原因，给事故的整改工作带来许多不便。因此分析受热面失效的原因时，必须从材质、设计制造、安装以及运行等多方面的情况入手，并结合相关试验的结果进行综合分析和判断。切忌只根据局部的表面现象，以偏概全、生搬硬套地下定论。
在锅炉受热面的失效分析之前，首先必须做好前期的调查和资料收集工作，为后续系统全面地进行研究分析打好基础。根据多年来的实践工作和经验，通常先从以下几个方面来进行着手：
（1） 查看锅炉设计图纸和计算资料（包括大修和改造部分）；
（2）查看电厂运行记录和煤质分析报告（上次大修和改造至今）；
（3）查看安装公司产品检验报告和技术整改通知单（包括大修和改造部分）；
（4） 查看爆管事故记录和检修报告（上次大修和改造至今）；
（5）查看锅炉的定期检验报告（包括大修和改造部分）；
（6）现场勘察和记录，拍好失效部件的照片或视频（最好是保存完好的事故现场）；
（7）询问相关运行和检修人员事故发生前后的情况，并做好记录。
通常我们把造成锅炉受热面失效的常见原因分成三大类问题：材质方面的问题、设计制造安装方面的问题以及运行方面的问题。现根据锅炉受热面常见的材质方面的失效机理，进行分析和讨论。
1.锅炉受热面钢材的基本要求
（1）有足够的持久强度和抗蠕变的能力；（2）较高的高温抗氧化能力；（3）良好的组织稳定性能；（4）良好的焊接和加工性能。
2.锅炉受热面常用钢材的特性和用途
（1）碳钢 20/GB3087 和 20G/GB5310
碳钢管在高温下运行会产生珠光体球化，450℃以上长期运行时还会产生石墨化，因此其最高使用温度通常限制在450℃以下。材料的焊接和各项加工性能优良，主要用于电站锅炉中水冷壁管、省煤器管、锅炉尾部包墙过热器管以及部分低温过热器管。
（2）15CrMoG/GB5310
材料在 520℃以下时，有足够的持久强度和良好的高温抗氧化能力。550℃以上时，材料抗蠕变的能力显著下降。长期在500～550℃运行时，会产生碳化物球化现象，使强度降低。材料焊前须预热（小口径薄壁管除外）、焊后需回火，机械加工性能和冷应变塑性良好。主要用于电站锅炉中顶棚过热器管、锅炉尾部包墙过热器管以及部分低温过热器管以及超临界锅炉的水冷壁管。
（3）12Cr1MoVG/GB5310
材料在580℃以下时，有良好的持久强度、抗氧化能力以及较高的持久塑性。600℃以上时，材料抗氧化能力显著下降，氧化膜易脱落。长期在 540～570℃运行时，会产生碳化物球化现象，使强度降低。材料焊接和加工工艺性能良好。因此广泛用于壁温小于 580℃的过热器管和汽温小于 545℃的蒸汽管道上。
（4）12Cr2MoWVTiB（钢研 102）
材料的耐热性较高、有较高的持久强度，其机械结果性能良好，但对焊接和热处理要求较高，稳定性较差。主要用于壁温在600～620℃以下的高温过热器管和高温再热器管。在新设计的电站锅炉中逐渐被其它新材料（如T22 、T91 和 TP304H等）取代。
（5）T91(P91)
属于马氏体不锈钢，具有较高的抗拉强度、高温蠕变强度和高温持久强度、高的韧性和高的抗氧化能力，有低的热膨胀系数和良好的导热性能。因此 T91 适用于壁温小于 650℃的过热器管，P91 适用于壁温小于 640℃的蒸汽管道上。材料淬硬倾向大，易产生裂纹。焊接和热处理工艺要求较高，工地现场施工难度较大。
（6）TP347H
属于奥氏体不锈钢，最高使用温度可达 700℃，具有高温持久强度、塑性和韧性好、抗氧化能力高、抗晶界腐蚀能力好的特性，但导热性能较差、有一定热裂倾向、易产生应力腐蚀。其焊接性能好，但热处理工艺要求较高，因此适用于壁温小于650℃的高温过热器管和高温再热器管上。
3.材质问题造成的受热面失效
锅炉在制造、安装和检修中，由于选材不慎错用材料或使用了有缺陷的材料，运行一段时间都后会导致受热面失效。
（1）选取的材料不能满足受热面的基本强度和性能要求的情况，均属于错用材料。最常见的情况是由于错用了使用温度较低的钢管，材料的持久强度不够，材料处于超温运行状态，运行一段时间后就造成过热爆管，其爆破口的特征和金相组织变化均与长期超温爆管相同。这种情况通过化学分析就能查出事故原因；另外，在制造安装维修阶段，误用和错用焊接材料的情况也时有发生。
（2）由于材料自身加工的缺陷，使得管子表面存在有划伤、折叠、裂纹、表面渗铜等问题。这些材质缺陷通常会使局部应力集中引起缺陷部位扩大加剧而损坏。其损坏特征为：
①管径和壁厚无变化不大、爆破口平直粗钝；
②爆破口大都沿缺陷方向展开，断面附近残留原有缺陷（划伤、折叠、裂纹、表面渗铜等）：
③裂纹一般属于穿晶性质（铜裂沿晶分布）。这主要是管子冷拔加工采用 CuSO4 作润滑剂，在锅炉制造热加工（焊接、热烘）过程中产生表面龟裂。铜沿晶界渗入刚体内部，使得材质变脆产生铜裂。
4.防范措施
（1）严把原材料入口关，把不合格产品挡在来料检验阶段；
（2）加强材料管理和发放工作，防止混料现象出现；
（3）加强光谱检查工作，最大限度减少错用材料；
（4）采用科学合理的加工工艺手段，减少加工缺陷的产生。
参考文献：
[1]郑江. 超高压锅炉受热面超温的原因分析及处理[J]. 新疆电力技术, 2008,(01).
[2]曹振涛,吴倩,文斌.锅炉受热面的失效分析及整改[J].广西轻工业, 2010,136(3):42.
[3]熊文. 大型电站锅炉T23钢焊缝开裂失效分析[J]. 江西电力, 2011,(03).