16Mn 除氧器水箱裂纹的显微分析

张载明1，胡天明1，胡伯涛2，陈红冬2，张学伦3

(1武汉水利电力大学，湖北武汉430072；2湖南省电力试验研究所，湖南长沙410007；

3湖南金竹山电厂，湖南冷水江417503)

摘要：以金竹山电厂1号除氧器水箱焊接接头裂纹为对象对裂纹 的长度方向深度金相组织进行分析相应于个方向的形貌特征文中做了分析说明，所研究的结 果对认识裂纹产生原因有参考价值。综合分析认为裂纹是应力腐蚀疲劳性质。

关键词：除氧器水箱；焊接接头；裂纹；应用腐蚀疲劳

1概况

1.1除氧器水箱概况

湖南金竹山电厂1号除氧器水箱主体材料为16Mn，工作压力为0.49 MPa，工作温度为 158 ℃，筒体设计壁厚为14 mm，封头设计壁厚为16 mm，水箱筒体规格直径D＝3 019 mm， 长度L＝11 800 mm，封头共有七条环缝，每节环筒由三片钢板两条纵向焊缝拼焊而成。

1号除氧器1981年10月投入运行，到1997年为止，已累积运行130 585 h，期间共启停471次 ，水箱启停过程中产生高频振动，其振频约达f＝30～40 Hz，振幅Hmax＝0.1 mm，每次 持续约2 h，在水箱筒体产生f＝28 Hz左右的高频振动。

1.2水箱裂纹

自从1号除氧器投入运行后，曾多次出现裂纹，发生泄漏。1995年1月，在第一道靠 下部发生与环缝垂直贯穿的纵向裂纹。1996年5月在低三道环缝又发生60 mm的横穿入缝裂纹 ，8个丁字焊缝及2个放水管加强板角焊缝(每处约300 mm)经渗透探伤发现4、5、6号三个字 焊缝处有裂纹，6号丁字焊缝为网状裂纹，5号丁字焊缝为多条垂直于环缝的轴向裂纹，4号丁字焊缝为沿纵缝在熔合线处的一条单个裂纹，1997年4月大修时发现水箱水位线下的所有 环缝均存在裂纹与微裂纹。

1.3裂纹特点

1) 裂纹集中发生在焊缝及热影响区，远离焊缝与热影响区很少有裂纹。

2) 大多数裂纹方向垂直与环焊缝，并平行发展，只有个别裂纹与环焊缝平行或有一定夹角，纵向焊缝很少有裂纹。

3) 裂纹主要发生于水箱内壁水位线以下的焊缝及热影响区，最容易发生部位是环焊缝与支撑结构加强圈的间断焊缝附近。

4) 裂纹起源于内壁焊缝表面及熔合线附近，然后向焊缝两侧及外壁扩展。

5) 裂纹多为穿晶开裂，也有沿晶开裂，或混合开裂，有较多小分支，裂纹断面表面覆盖一层腐蚀产物并充满裂纹。

2结果讨论

实验中金相组织观察用OLYMPYSPMG3型金相显微镜，主要进行以下分析：①失效裂 纹形态(内壁垂直于环焊缝的纵向裂纹)试样了解裂纹在深度方向扩展状况的形貌；②水箱内 壁焊接接头宏观、微观分析；③水箱内壁表面裂纹扩展方向观察分析。

2.1应力腐蚀特征

裂纹尖部很尖且分叉充满腐蚀夹杂物为应力腐蚀特征，在分叉裂纹前端主裂纹上方有两三行微裂纹孔洞裂纹焊缝、熔合区、母材区中扩展，在热影响区中分叉，裂纹尖端有较大 的MnS夹杂，形成较大孔洞，使韧性下降，导致裂纹迅速扩展，水箱上部为蒸汽下部为水，比较容易形成水侧腐蚀，当裂纹产生后，抗应力腐蚀能力下降，存在腐蚀介质浓缩条件，加 重腐蚀。

2.2疲劳腐蚀特征

裂纹呈“Z”字型，扩展路径进入一种较缓慢的疲劳扩展阶段，在腐蚀介质下经受疲劳应力作用，继续扩展，裂纹尖部圆钝，说明疲劳腐蚀特征。

综上所述，裂纹中都有大量灰黑色的腐蚀产物，而且在裂纹长度方向深度方向都有分叉，裂纹从水箱内壁表面熔合线附近发生，向外壁与母材方向扩展，裂纹主要是穿晶性质的。

3结论

16Mn除氧器水箱裂纹的金相组织形貌的照片，清晰地揭示出裂纹的起源、扩展及变化 规 律。由金相分析可知，裂纹为应力腐蚀疲劳性质，在应力腐蚀和疲劳交互作用下扩展。应力腐蚀主要表现为裂纹断口及裂尖有腐蚀产物，裂纹端部尖细，裂纹分叉明显，有时呈树根状 ，同时存在腐蚀介质；疲劳主要表现为存在交变应力，金相样品上观察到米粒大小蚀坑，裂纹分叉弯曲，末端圆钝，裂纹主要在应力集中处萌生。

参考文献

1顾亚户125 MW机组除氧器水箱焊缝裂纹的调查及看法［J］华东电力，19873

2朱瑜麟腐蚀破裂分析及处理［J］电力技术，19865

3王少清16Mn高压除氧器焊接接头裂纹的成因［J］焊接学报，19941

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