主給水管道長期運行后表面線性缺陷分析

王華龍

（華能上安電廠 石家莊 050310）

安全分析

主給水管道長期運行后表面線性缺陷分析

王華龍

（華能上安電廠 石家莊 050310）

通過宏觀檢查、化學成分分析、力學性能試驗、金相分析、掃描電鏡觀察及能譜成分分析等方法，對某臺機組主給水管道長期運行后發(fā)現(xiàn)的表面線性缺陷進行了分析，結果表明管道表面線性缺陷為制造過程中產(chǎn)生的折疊缺陷，雖相關標準不允許存在此類缺陷，但考慮到檢驗量大，且缺陷深度較淺及尖端無擴展跡象的實際情況，提出了進行滾動式檢驗方式并盡快完成普查的建議。

主給水管道 表面線性缺陷 折疊缺陷

1 概況

火電機組主給水管道作為DL/T 438—2016《火力發(fā)電廠金屬技術監(jiān)督規(guī)程》中的主要金屬受檢部件之一，在役期間的主要潛在損傷失效模式為疲勞損傷，因此對接焊縫、管座角焊縫及管件母材是重點金屬監(jiān)督檢驗對象，對于直管母材則較少檢驗，也很少出現(xiàn)問題[1-7]。

在對某臺機組長期運行后停機對主給水管道焊縫進行無損檢驗時，偶然發(fā)現(xiàn)焊縫附近母材存在表面線性缺陷，擴檢后發(fā)現(xiàn)直管母材均存在表面線性缺陷。該機組為進口350MW燃煤發(fā)電機組，于1990年12月5日投運，至檢修時累計運行193704h。主給水管道給水設計溫度280℃、設計壓力20.1MPa，材料牌號SA106C，規(guī)格φ273×25.4mm。

本文對存在表面線性缺陷主給水管道取樣進行缺陷性質、產(chǎn)生原因及是否擴展進行試驗分析。

2 試驗結果與分析

2.1 宏觀檢查

宏觀下樣品外表面可見少量表面缺陷痕跡，見圖1；經(jīng)滲透檢測，可見樣品外表面存在大量表面缺陷顯示，缺陷呈彎曲走向，總體呈縱向分布，缺陷在表面的長度最長約90mm，見圖2；樣品內表面滲透檢測未見表面缺陷顯示。

圖1 樣品滲透檢測前的表面缺陷痕跡

圖2 樣品滲透檢測后的缺陷顯示

樣品外徑為272mm，壁厚在25.64～26.10mm之間，樣品的外徑和壁厚與設計尺寸相符。

2.2 化學成分分析

樣品的化學成分符合ASME SA106C的要求，結果見表1。

表1 化學成分分析結果（Wt/%）

2.3 力學性能

樣品室溫和280℃的規(guī)定塑性延伸強度、抗拉強度和斷后伸長率均符合ASME對SA106C新管的要求，樣品室溫沖擊吸收能量符合GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》對25MnG（SA106C的同類鋼）新管的要求，樣品布氏硬度值符合DL/T 438—2016對SA106C新管的要求，其各項試驗結果見表2。

表2 樣品的拉伸、沖擊和硬度試驗結果

2.4 金相分析

由表面金相檢驗結果可見，缺陷在表面總體沿縱向彎曲走向；缺陷兩側末端較細，缺陷中段略寬，內部存在較多氧化物；緊鄰缺陷組織存在沿缺陷走向的脫碳帶，在兩端末端處呈一薄層鐵素體帶，缺陷中段的脫碳帶略寬，由鐵素體和黑色氧化質點組成，見圖3。

由橫截面金相檢驗結果可見，1)缺陷尺寸：深度（壁厚方向）在0.2～1.3mm之間，長度（缺陷在截面的自身長度，下同）在0.3～7.1mm之間：2)缺陷形態(tài)：大多數(shù)缺陷均與徑向一定夾角，在50°～75°之間，有些缺陷末端呈與表面近似平行；缺陷在表面處略寬，末端大多較尖，個別缺陷末端略圓鈍；3)缺陷內氧化物：缺陷內均存在較多氧化物；4)缺陷處組織：緊鄰缺陷組織存在沿缺陷走向的脫碳帶，缺陷在表面處的脫碳帶略寬，由鐵素體和黑色氧化質點組成，在末端處呈一薄層鐵素體帶。5)缺陷擴展情況：所有缺陷末端由一薄層鐵素體帶圍繞，缺陷末端部位與較多黑色氧化質點或氧化物顆粒相伴存在，因此判斷缺陷無擴展，其典型金相形貌見圖4。

圖3 試樣橫截面的金相形貌

圖4 橫截面金相樣典型金相形貌

樣品基體組織為鐵素體加珠光體，珠光體未見球化，晶粒度8～9級，其組織和晶粒度符合參照標準GB 5310—2008的要求。

2.5 缺陷斷口掃描電鏡觀察

將1個表面缺陷打開，在掃描電鏡下進行缺陷斷口形貌觀察，可見缺陷斷口較平坦，覆蓋著一層龜裂的氧化物，見圖5。

圖5 缺陷斷口的掃描電鏡形貌

2.6 能譜成分分析

由能譜成分分析可見缺陷內部和缺陷斷口上物質的主要元素為氧和鐵，還含有少量錳、硅、鉻、鈷等元素，未見腐蝕性元素，測試結果見表3，測試位置見圖6。

表3 能譜成分分析結果（Wt/%）

圖6 能譜成分測試位置

3 綜合分析

通過金相分析，并按照GB/T 15757—2002《產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范（GPS）表面缺陷術語、定義及參數(shù)》中對表面缺陷的分類和描述，可知樣品表面線性缺陷性質為折疊，屬于鋼管原始制造缺陷，且缺陷尖端無擴展痕跡，GB 5310—2008和DL/T 438—2016中均不允許存在折疊缺陷。樣品的化學成分、規(guī)定塑性延伸強度、抗拉強度、斷后伸長率、沖擊吸收能量、布氏硬度、顯微組織和晶粒度均符合相關標準的要求。

引起無縫鋼管外表面出現(xiàn)折疊缺陷的環(huán)節(jié)較多，如冶煉過程、澆鑄、開坯、管坯制作加熱、斜軋穿孔等。如在管坯制作階段的表面結疤或重皮，即為管坯表面未與基體金屬完全結合的金屬片層，就會導致無縫鋼管表面形成外表面折疊缺陷，該類折疊具有十分明顯的氧化特征并伴隨有黑色氧化質點和明顯的脫碳現(xiàn)象，缺陷內存在氧化鐵。

4 結束語

主給水管道樣品表面線性缺陷的性質為折疊，屬于原始制造缺陷，缺陷無擴展痕跡。由于相關標準規(guī)定不允許存在折疊類缺陷，但由于檢驗量大，另外考慮缺陷深度較淺且缺陷尖端無擴展痕跡，暫時不會影響管道的安全使用，建議在以后檢修時對給水管道以滾動式檢驗方式進行排查該類缺陷，盡快完成管道普查工作。

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Analysis of Linear Defects on the Surface of Main Water Supply Pipe after Long Term Operation

Wang Hualong
(Huaneng Shang'an Power Plant Shijiazhuang 050310)

Through macroscopic examination, chemical composition analysis, mechanical property test,metallographic analysis, scanning electron microscopy and energy spectrum analysis, surface linear defects found in the main feedwater pipe after long running were analyzed. The results showed that the linear pipeline surface defects were folding defects generated in the manufacturing process. Although the relevant standards do not allow the existence of such defects, but considering the actual situation of the inspection volume, and the defect depth is shallow and tip no signs of the expansion, this paper put forward to take the rolling inspection and complete the census as soon as possible.

Main feedwater pipe Linear defects Fold defects

X933.2

B

1673-257X(2017)09-0064-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.09.012

王華龍（1982～)，男，本科，工程師，從事電廠金屬監(jiān)督工作。

王華龍，E-mail： whuwhl@163.com。

2017-03-16）