王艷偉

摘 要：針對加熱爐管材損傷機(jī)理及其金相檢測，結(jié)合理論實踐，淺要分析了加熱爐爐管材質(zhì)損傷機(jī)理發(fā)生的條件和危害，并分析了金相檢測技術(shù)在爐管材質(zhì)損傷機(jī)理檢測方面的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：加熱爐；爐管材質(zhì)；損傷機(jī)理；金相檢測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.017

0 引言

鍋爐管道在運行中需要承受高溫、高壓的工況，隨著時間的推移，爐管材質(zhì)損壞的概率也會大大增加，從而增加了企業(yè)運行成本，爐管作為加熱爐的主要組成部分，在實際運行過程中，往往會受到很多因素的影響，從而導(dǎo)致爐管發(fā)生一定程度的損壞，比如：蠕變和滲碳等，對加熱爐的安全使用構(gòu)成一定威脅，在這樣的基礎(chǔ)上，開展加熱爐爐管材質(zhì)損傷機(jī)理及其金相檢測的研究就顯得尤為重要。

1 爐管材質(zhì)損傷機(jī)理

1.1 珠光體球化

碳鋼和低合金Cr-Mo鋼的金相組織主要為珠光體和鐵素體，當(dāng)承受溫度達(dá)到440℃以上時，金相組織會發(fā)生細(xì)微的變化，比如：碳鋼中的碳化物會片狀逐漸聚集，轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙?。而對低合金Cr-Mo鋼中的比較細(xì)小的碳化物轉(zhuǎn)變塊狀碳化物，也就是所謂的珠光體球化。珠光體球化的過程，也就是碳化物逐步擴(kuò)散的過程，從而降低爐管的硬度和強(qiáng)度，通過實驗研究表明，當(dāng)碳鋼、低合金Cr-Mo鋼發(fā)生珠光體球化后，爐管的全壽命使用周期會降低25%～35%，由于珠光體球化發(fā)生晶粒層，只能通過現(xiàn)場金相和割管取樣金相來進(jìn)行分析，發(fā)生球化反應(yīng)的爐管主要表現(xiàn)為抗拉強(qiáng)度和硬度降低。

1.2 σ相脆化

奧氏體不銹鋼爐管如果長期在375℃～785℃中使用，就會形成類似相應(yīng)的Fe-Cr金屬化合物，在合金相圖中稱之為σ相，具有硬度高而且脆的特性。奧氏體是碳在γ-Fe中的間隙固溶體，其面心為立體晶格，當(dāng)析出Fe-Cr金屬化合物后，會導(dǎo)致奧氏體不銹鋼的韌性喪失，在實際應(yīng)用過程中，σ相的析出和鐵素體的含量有很大關(guān)系，所以要想防止σ相的析出，就必須嚴(yán)格控制鐵素體的含量。由于奧氏體不銹鋼材質(zhì)的特性，決定了鍛件、焊縫等環(huán)節(jié)都可能發(fā)生σ相析出。通過大量實踐表明，σ相析出屬于一種金相組織層面的改變，在研究和分析可以通過相應(yīng)的金相檢驗對鐵素體含量變化的跟蹤控制，也可以通過沖擊試驗來判斷σ相析出[1]。

1.3 滲碳損傷

加熱爐爐管金屬材料中含有大量的碳元素，在高溫環(huán)境下，金屬會和含碳材料發(fā)生反應(yīng)，就會爐管內(nèi)壁上形成“滲碳層”增加金屬材料的脆性，降低金屬蠕變強(qiáng)度，如果沒有及時解決，甚至?xí)l(fā)生嚴(yán)重的脫碳現(xiàn)象，導(dǎo)致爐管發(fā)生脆斷。但形成滲碳層需要三大要素，第一，具備碳環(huán)境；第二，材料必須為敏感材料；第三，持續(xù)高溫。但加熱爐在具體使用過程中，會發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，提升爐管的溫度，所以為確保爐管的完全性和使用效率，必須及時清理管壁上結(jié)焦，獲得研究開發(fā)相應(yīng)抗結(jié)焦?fàn)t管材料，才能避免滲碳對爐管造成的損傷。

2 金相檢測技術(shù)在加熱爐爐管材質(zhì)損傷機(jī)理檢測中的應(yīng)用

2.1 Cr-Mo鋼爐管珠光體球化

2016年4月，某工業(yè)企業(yè)發(fā)生加熱爐爐管斷裂現(xiàn)象，造成14人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失600余萬元。事后相關(guān)部門接入調(diào)查，對爐管進(jìn)行現(xiàn)金相檢測，其爐管的主要材料為14CrMo，金相檢測結(jié)果顯示，爐管發(fā)生嚴(yán)重的珠光體球化現(xiàn)象，具體情況如圖1所示：

從圖1中可以清楚看出，Cr-Mo鋼爐管珠光體比較完整，少部分碳化物呈現(xiàn)粒狀，晶界碳化物的數(shù)量比較多[2]。

2.2 奧氏體不銹鋼爐管晶間腐蝕

2016年5月江蘇某煉油廠，對一臺連續(xù)重整4次的加熱爐極爐管進(jìn)行現(xiàn)場金相檢測，此爐管的材料為TP347，通過檢測發(fā)現(xiàn)在爐管焊縫靠近木材的區(qū)域中發(fā)生了明顯晶間腐蝕，具體情況如圖2所示：

2.3 爐管滲碳

爐管滲碳加熱爐爐管發(fā)生損失最常見的問題之一，在2015年11月對遼寧省營口市某工業(yè)企業(yè)裂解爐爐管進(jìn)行割樣金相檢測，爐管的主要材料為HK40，通過詳細(xì)檢測分析，發(fā)現(xiàn)在爐管內(nèi)壁出現(xiàn)落實了嚴(yán)重滲透損傷。由于HK40鋼屬于一種離心鑄造的耐熱鑄鋼，沒有使用過的HK40鋼的組織結(jié)構(gòu)奧氏體基礎(chǔ)和共晶碳化物組合而成，當(dāng)運行超過2年以后，共晶碳化物形態(tài)就會轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)鏈狀或者塊體狀，晶粒直徑也會逐漸增加。相關(guān)實驗表明，滲碳化合物的類型會隨著含碳量的增加而發(fā)生轉(zhuǎn)變，促使?fàn)t管的體積發(fā)生膨脹，隨著碳元素逐漸滲出，爐管的密度減小，如果不能及時解決，甚至?xí)?dǎo)致爐管發(fā)生開裂，從而縮短爐管的使用壽命，當(dāng)滲碳層的含碳量或者厚度達(dá)到一定程度以后，還會降低爐管的可焊性，進(jìn)一步增加焊接的難度。

3 結(jié)束語

綜上所述，加熱爐爐管材質(zhì)損傷機(jī)理有：珠光體球化、σ相脆化、滲碳等，都可以通過金相檢測的方式發(fā)現(xiàn)，并可以提供有效的恢復(fù)措施，在具體檢測過程中，硬度檢測和其他無損檢測方法可以見輔助檢測爐管常見的材質(zhì)損傷。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔維軍.加熱爐爐管節(jié)能改造和防護(hù)技術(shù)探討[J].中外能源，2013（06）：89-92.

[2]姜國平，湯占岐.煤焦化管式加熱爐爐管設(shè)計及參數(shù)選取的探討[J].煤炭技術(shù)，2014（02）：225-226.