1.概述

   某公司某機(jī)組水冷壁管，發(fā)生爆管泄漏。管子規(guī)格為Φ63.5×7.5mm，材質(zhì)為SA-210C。

2.試驗(yàn)

來樣及爆口宏觀分析，來樣為鰭片相連4管，管身標(biāo)記“4、5、6、7”，本次試驗(yàn)采用原命名。其中5號(hào)、6號(hào)管為泄漏管，（見圖1a）。首爆管為5號(hào)管，將臨近6號(hào)管吹損減薄，繼而引起6號(hào)管由內(nèi)而外泄漏，(見圖1b)。

    首爆口位于5號(hào)管向火面，爆口附近管段無(wú)明顯漲粗，爆口呈縱向裂紋，長(zhǎng)度約70mm，爆口寬處約2mm，（見圖1c）。

    解剖取樣及內(nèi)壁觀察5號(hào)管爆口段中部取環(huán)向金相試樣，4號(hào)、5號(hào)取拉伸試樣，（見圖2a）。5號(hào)拉伸試樣向火側(cè)內(nèi)壁可見垢層厚且崩落嚴(yán)重，4號(hào)拉伸試樣向火側(cè)內(nèi)壁未見異常垢層，（見圖2b～2d）。爆口內(nèi)壁兩側(cè)有較厚垢層，爆口前端內(nèi)壁與外壁基本平齊，可知，爆口內(nèi)壁長(zhǎng)度同樣約70mm，（見圖7e、7f）。

  相連4號(hào)管內(nèi)壁觀察比較，有且只有5號(hào)爆管處有較厚垢層，其余3管均未出現(xiàn)異常增厚垢層，(圖7g～7j)。

金相分析

   壁厚分析對(duì)爆口中部金相環(huán)橫截面觀察，明顯可見向火側(cè)內(nèi)壁凹坑底部處起爆，此處壁厚已腐蝕減薄至約3.6mm，外壁無(wú)明顯變化，（見圖3）。

      對(duì)爆口段環(huán)樣開展試驗(yàn)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為DL/T 674 - 1999，其中爆口旁及內(nèi)壁有大量孔洞及微裂紋，經(jīng)4%硝酸酒精溶液浸蝕后，大部分沿晶界分布，內(nèi)壁脫碳層深度約1.98mm（附圖4a、4b ）；爆口兩側(cè)均密集分布類似蠕變類孔洞，內(nèi)壁微裂紋深度約2mm，中部寬、前端尖細(xì)（附圖4c～4h ）；內(nèi)壁氧化層為247um（附圖4i ），外壁氧化層為70um（附圖4j ）；向火、背火均為2級(jí)（附圖4k、4l 及4m、4n ）。結(jié)果表明，組織爆口處未老化，內(nèi)壁裂紋及脫碳符合氫損失特征。

維氏硬度

爆口處各部位維氏硬度見表。試驗(yàn)結(jié)果表明內(nèi)壁脫碳層處硬度明顯偏低。

拉伸性能

拉伸結(jié)果見表。試驗(yàn)結(jié)果表明各管強(qiáng)度均合格，斷后伸長(zhǎng)率爆管向火面明顯異常偏低。

討論與分析

接下來讓我們討論分析。材料方面,化學(xué)成分見相關(guān)資料。爆管向火面拉伸斷后伸長(zhǎng)率明顯偏低。爆管內(nèi)壁脫碳，有沿晶微裂紋，屬異常情況。組織未見老化。分析認(rèn)為，這些特征符合氫損傷引起的材料弱化現(xiàn)象。

   爆口方面，爆管段無(wú)明顯漲粗，無(wú)明顯塑性變形。爆口旁管段內(nèi)壁垢層較厚，減薄嚴(yán)重。內(nèi)壁脫碳及沿晶微裂紋特征符合氫損傷特征。水冷壁管壁產(chǎn)生大量腐蝕產(chǎn)物，并在內(nèi)壁沉積，形成氧化鐵帽，氧化鐵帽下部產(chǎn)生酸性溶液。長(zhǎng)期垢下酸腐蝕一方面凹坑狀腐蝕減薄管壁；另一方面，垢下酸腐蝕產(chǎn)生原子態(tài)的氫，氫原子向金屬基體擴(kuò)散，進(jìn)入金屬晶界，與碳生成CH4，造成脫碳。生成的CH4擴(kuò)散系數(shù)低，晶界處內(nèi)壓增大，引起沿晶裂紋。水冷壁向火面內(nèi)壁腐蝕減薄疊加垢下酸腐蝕氫脆，而后爆管。

結(jié)論：

本次失效分析結(jié)論為，水冷壁屬腐蝕減薄疊加垢下酸腐蝕導(dǎo)致氫損傷型脆性爆管。

建議

低溫段水冷壁管內(nèi)壁出現(xiàn)較厚的垢層。建議結(jié)合垢樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)，追蹤垢層形成原因，例如核查水質(zhì)Ca、Mg離子的來源。

相鄰4管除爆管外，其余3管均未出現(xiàn)較厚垢層。建議，核查水冷壁中氣體流量分配是否均衡，水壓是否滿足要求等方面查找原因。

排查水冷壁管是否涉及到熱浸鋁工藝。