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循环流化床锅炉风帽断裂事故分析

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2008-9-24 10:24:11

程利华
太原第一机床厂　太原030012

　　五阳发电厂循环流化床锅炉的布风板置于水冷密封风室上部，其上安装有560个风帽（铸造），材质为ZG8Cr33Ni9N，运行中承受700～800℃高温，使用寿命设计为一年。调试过程中，每当运行40 h停炉后，发现多数风帽出现断裂和开裂的情况。

1　断口分析
　　图1为风帽外形图。风帽上有三排圆孔，每排8个孔，孔径为6 mm。第二排孔截面处经常出现断裂或开裂。最后断裂面为银灰色，其余断面为蓝色氧化色和黄褐色，说明风帽完全断裂时，这些面早已断裂，并已发生氧化腐蚀，断口宏观形貌见图2。

　　从断口观察可以看到，裂纹起源处存在一较大铸造缺陷——夹渣（见图3）。经扫描电镜观察，裂纹源处断口微观形貌为准解理断口（见图4）。

2　材质分析
2．1　化学成分分析
　　经分析断裂风帽化学成分为：碳1．25％、铬32．60％、镍8．48％、硅0．904％，碳含量偏高（正常值为0．8％左右）。
2．2　硬度试验
　　对同一批未使用过的风帽和已断裂的风帽分别进行洛氏硬度试验。未使用过的风帽硬度为HRC 31，已断裂的风帽硬度为HRC 46，可见已断裂的风帽硬度高。
2．3　金相分析
　　对同一批未使用过的风帽做金相分析，其金相组织为奥氏体基体上分布着细小的碳化物，碳化物沿晶内晶界析出（见图5）。图6为断裂风帽垂直于断面处的金相组织，为奥氏体＋碳化物＋σ相，但晶粒尺寸较未使用过的明显长大，析出量增多。

3　结果分析
　　由图4断口微观形貌可知，风帽断裂为脆性断裂。
　　化学成分分析结果表明，断裂风帽碳含量偏高，铬含量达32．60％。参考文献［1］指出，含铬量25％～76％的合金，长期在600～800℃范围内运行可能形成σ相。断裂风帽在700～800℃范围内长期工作，承受高温烟气的冲刷腐蚀，铬含量的值偏高，有利于σ相的生成；碳含量的偏高，使得碳化物析出增多，材料脆性增加，抗氧化性耐腐蚀性降低。
　　硬度试验显示，断裂风帽硬度明显高于未使用过的风帽硬度，说明风帽在700～800℃高温运行中发生了组织变化，产生了硬度比较高的组织。　　
　　金相分析结果显示，风帽在高温使用过程中发生了组织变化，晶粒明显粗化，沿晶内晶界析出σ相，且碳化物析出量增多。σ相是一种具有复杂正方点阵的金属间化合物。化学式大致相当于FeCr。σ相具有高的硬度和脆性，析出时伴以大的体积变化，引起材料很大脆性，所以运行中析出大量的σ相使风帽脆性增加，硬度提高。σ相的存在使钢材耐腐蚀性和抗氧化性降低。
　　铸造缺陷是应力集中最严重的部位，它处于次表面，是初始裂纹的发源地，材料的脆化，加速了裂纹的扩展，从而风帽发生断裂。

4　结论及建议
　　五阳发电厂循环流化床锅炉风帽由于材质不好，即碳、铬含量偏高，造成风帽在700～800℃高温使用中发生组织变化，析出σ相，且碳化物析出量增多，晶粒显著粗化，使得风帽脆性增加，耐腐蚀性、抗氧化性降低。而铸造缺陷的存在是起裂源，第二排孔处又是应力最集中，最薄弱的地方，从而风帽由此处断裂。建议在满足抗氧化的条件下，选用含铬稍低些的材料。将风帽材料由ZG8Cr33Ni9N更换为ZG8Cr24Ni9N（含碳量化验为0．89％）后，没有出现断裂现象。
参考文献
1　中华人民共和国机械工业部．金相工基础．北京：科技出版社，1987．
2　崔嵬．钢铁材料及有色金属材料．北京：机械工业出版社，1980．
3　陈世朴，王永昌．金属电子显微分析．北京：机械工业出版社，1983．

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