余热锅炉一级过热器管规格φ38×4mm，材料20g，两列共62排，设计入口烟温836℃，管内介质温度406℃，压力4.48MPa，介质与烟气逆向换热，布置在水平烟道一次锅炉内部检验时，发现过热器管普遍胀粗（能测管径为39～39.6mm），里面蠕变胀粗率为2.63%～4.2%，使用单位将进出口集箱和一级过热器管全部更换，管子规格为φ38×4mm，材料为15CrMo，投入运行后，2003年3月，一级过热器发生爆管。

过热器管从更换后至爆管，累计运行4500h一、损坏情况    1．一级过热器西起第5排、南数第1根管爆破，爆口中心线距下弯管底部510mm宏观检查发现南数第1根、第2根管表面有黑褐色高温燃油气热风炉氧化层，个别氧化层脱落，管径有明显胀粗，南数第1根管爆破后，因爆管喷出的蒸汽反作用力，使其向北位移70～100mm。

南数第3根一第6根管（入口管），管子表面呈棕红色，并附有灰白色灰垢，管径无胀粗现象     2．破口宽90mm、长95mm，撕裂长度分别为107mm和38mm（脱落），破口的断裂面粗糙且不平整，破口附近有很多纵向蠕胀裂纹，裂纹平行于破口，起爆点管子壁厚2.2mm，破口表面氧化层厚0.66mm，外表面氧化层厚0.4mm。

3．使用XLTRO型内窥镜对西起第5排入口管、南数第2根管和第1个弯管内壁进行检查，内壁均有均匀的氧化层     4．使用XH-50燃油气热风炉0型金相显微镜对6个部位进行检验，检验结果：爆口处为轻度球化，即球化3级，金相组织为珠光体加铁素体加少量碳化物。

爆口处的背火面金相组织为珠光体加铁素体，存在倾向性球化，即球化2级起爆点向下l00mm处的向火面金相组织为珠光体加铁素体，倾向性球化，即球化2级起爆点向下l00mm处背火面金相组织为珠光体加铁素体，倾向性球化，即球化2级。

爆口上部撕裂部位金相组织为珠光体加铁素体，倾向胜球化，即球化2级西起第5排、南数第6根管（入口端）金相组织为珠光体加铁素体，未球化，即球化1级     5．使用X射线能谱仪对爆管内壁氧化层进行成分（重量百分数）测定（表1）。

表1           燃油气热风炉                     %

    6．使用XL-30型扫描电镜，对爆口和撕裂部位观察断口形态，爆口起始点呈现一定的塑性变形，局部出现环形空洞撕裂断口呈现明显的脆性断裂形态二、检验分析    1．爆破的管子和与其相连的管子外表面呈黑褐色高温氧化层，管径胀粗率分别为6.3%、17.1%和21.3%，明显超出2.5%的规定，说明爆管是由超温引起的。

其余各排管子外表面均呈棕红色氧化层（三氧化二铁），并附有灰白色浮灰，管径测量为38.1～38.4mm，胀粗率0.26%～1%，表明这些管子没有超温现象因此，可以说明，仅一级过热器西起第5排、南数第1、2根管子超温，具有特殊性。

排除了一级过热器管热燃油气热风炉负荷过高、选材裕度不足等普遍超温和管径胀粗的原因     2．破口边缘为钝边，断口平齐粗糙，破口附近有平行于破口的纵向短裂纹，爆口边缘有明显的变形和胀粗现象，这些特征说明，该爆管属于典型的脆性破坏，具有长期超温特征。

    3．内窥镜检查，发现西起第5排、南数第1根管的下弯管底部的腐蚀坑和纵向划痕应引起重视可能在集箱或过热器管系中有杂物，即所谓管内异物堵塞，没有足够流量的蒸汽冷却管壁，引起超温，爆破后，异物被高压蒸汽冲出时留下的冲击痕迹。

4．取爆口横截面磨制金相样品，发现平行口边缘有很多裂纹，这些裂纹自外向内壁沿晶界发展，说明管壁超温（即超过15CrMo钢允许温度550℃），管子金属在燃油气热风炉应力作用下发生蠕变，即管径胀粗，出现蠕变和沿晶界裂纹，直至破裂。

金相检验中，还发现管子内外壁有氧化层、脱碳层，金相组织中珠光体球化，爆口处珠光体球化3级，背火面球化2级，入口侧，即西起第5排、南数第6根管，金相组织中珠光体未发现球化，组织正常爆口处珠光体球化和碳化物在晶界上聚集，并伴随有蠕变损伤，即蠕变裂纹形成，说明材料已经劣化，这是金属材料长期超温运行的必然结果。

珠光体球化与温度有直接关系，温度愈高，球化速度愈快     5．爆管取样，进行化学成分分析表明，一级过热器管材料完全符合GB5310-95标准中15CrMo钢的要求一级过热器管设计，按照GB9222-88《水管锅炉受燃油气热风炉压元件强度计算》规定，完全可以满足一级过热器正常运行要求，仅4500h就发生爆管，说明爆管损坏部位的实际壁温远大于550℃。

    6．对爆管内壁氧化层进行能谱分析和物相X射线衍射分析，黑褐色氧化层主要为铁的氧化物，其相成分为Fe3O4（主）加FeO（次）     当钢材在含有氧的介质中受热时，其表面将发生氧腐蚀，高温氧化是指钢在高温条件下，与腐蚀介质作用发生的腐蚀，与温度、时间、气体介质成份、压力、流速、钢材成分等有关。

钢在低于570℃以下的氧化，首先是钢管表面碳的氧化即脱碳现象：Fe3C+O2→3Fe+CO2↑然后发生的是铁的氧化：2Fe+O2→2FeO或3Fe+2O2→Fe3 O燃油气热风炉4，由于管壁上生成Fe3O4氧化过程减慢，但Fe3O4的导热性能低，而引起管壁温度逐渐升高，当壁温超过570℃以上时，当壁温超过570℃以上时，产生过热蒸汽腐蚀即高温氧化腐蚀，其他过程：。

    3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑     3FeO+H2O→Fe3O4+H2↑     Fe3O4+Fe→4FeO     在570℃以上出现上述三个反应，说明内壁超温幅度愈高，氧化层愈厚，爆管处向火面严重超温，内外壁产生高温氧化腐蚀，管壁明显减薄，并且有蠕变和蠕变裂纹出现，在内压应力作用下造成爆管。

三、结论    1．根据催化B炉一级过热器管爆口特征、微燃油气热风炉观蠕变裂纹、金相组织中珠光体球化、内外壁脱碳和高温氧化产物的形成，说明该管爆破属于长期超温引起的     2．一级过热器西起第5排第1根管爆破，是由于管内异物堵塞引起管子超温的结果。

   3．建议以后换管过程中，对管系和集箱内部进行全面仔细检查，并且将集箱内清扫干净，管系进行全面通球和蒸汽吹扫，排除集箱和管系内的异物，防止发生爆管。  

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