熱電聯(lián)產(chǎn)和企業(yè)自備電站鍋爐常采用母管制運行，主蒸汽母管多數(shù)處于超期未檢狀態(tài)。對一起在母管排查工作中的材質(zhì)錯用案例進行了分析。首先介紹了案例背景，然后采用力學(xué)、金相和化學(xué)的方法對被更換下的管段進行了對比分析，最后探討了存在的安全隱患。

電站鍋爐是重要的能源轉(zhuǎn)化設(shè)備，定期檢驗對保障鍋爐的安全、穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用?！跺仩t定期檢驗規(guī)則》規(guī)定了鍋爐的檢驗范圍和項目，但是熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐和企業(yè)自備電站鍋爐常采用母管制運行，《鍋爐定期檢驗規(guī)則》規(guī)定的檢驗范圍一直存在著無法嚴格執(zhí)行的問題。近幾年鍋爐范圍內(nèi)管道接連發(fā)生事故，造成了較大的損失和社會影響，因此國家市場監(jiān)督管理總局辦公廳發(fā)文關(guān)于開展電站鍋爐范圍內(nèi)管道隱患專項排查整治的通知（市監(jiān)特函[2018]515號，以下簡稱515號文），進一步明確了電站鍋爐范圍內(nèi)管道的檢驗范圍及隱患排查工作。根據(jù)515號文的要求，在排查鍋爐范圍內(nèi)超期未檢的管道工作中，發(fā)現(xiàn)了一系列問題，本文針對一起鍋爐管道材質(zhì)錯用案例進行了分析和討論，對于以后的排查工作的重點有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

1案例背景

某自備電廠的主蒸汽母管檢驗，運行壓力3.82 MPa，溫度455℃，材質(zhì)15CrMoG，規(guī)格中325 mm×13 mm，該母管運行時間超過1.0X105 h，根據(jù)515號文的要求，對該主蒸汽管道對接焊接接頭進行100%無損檢測、金相檢驗及硬度檢測。在一期母管靠近端部閥門管段，見圖1所示位置，在金相檢驗的過程中，對接接頭熱影響區(qū)和母材金相組織出現(xiàn)異常，見圖2.

兩直管段金相組織異常，中間彎頭正常，15CrMoG正常組織為鐵素體+珠光體，允許存在粒狀貝氏體，而圖中組織類似回火馬氏體或回火索氏體。對異常管道母材部位進行硬度檢測，硬度值在285~320HBHLD之間，考慮到里氏硬度計的誤差，實際硬度值也嚴重超過了DL/T438-2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》中規(guī)定15CrMoG硬度值125~170HB的規(guī)定。在檢驗現(xiàn)場懷疑材質(zhì)錯用，進一步采用了便攜式光譜儀進行合金元素含量檢測，Cr含量1.14%，Mo含量0.45%，不含V，元素含量基本符合GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》對15CrMoG元素含量的要求。

上述管段金相組織和硬度值異常，而合金元素含量又符合15CrMoG的特征，考慮到相鄰的其他管段硬度值和金相組織均正常，現(xiàn)場判斷或許是熱處理出現(xiàn)了異常，現(xiàn)場手段已無法進行進一步分析和驗證?？紤]到金相組織異常且硬度值超出標準值太多，硬度超出近80%，存在嚴重的安全隱患，使用單位對此管段最終進行了更換處理。本文取回了更換的管段，進一步采用實驗室的手段對更換下來的管段進行了分析，下面對此進行詳細介紹。

2案例分析

2.1力學(xué)分析

考慮到材料由于制造或者熱處理等原因?qū)е虏牧嫌捕确植疾痪鶆颍?/span>鍋爐管表面的硬度往往和內(nèi)部及截面有區(qū)別，表面硬度的高低有時無法反應(yīng)材料的真實硬度，因此對所更換下鍋爐管進行取樣，采用實驗室臺式布氏硬度計分別對其外表面、內(nèi)表面及截面進行硬度檢測，結(jié)果見表1。表1可以看出，外表面硬度略低于內(nèi)表面及截面，但基本可以反映鍋爐管的整體硬度情況，與現(xiàn)場里氏硬度計測得的數(shù)值（最大320HBHLD）也較為接近，由此說明現(xiàn)場便攜里氏硬度計所測的硬度值也是可信的，嚴重超出了15CrMoG規(guī)定的標準值。

對更換的管段分別取拉伸試樣和沖擊試樣，得出的結(jié)果見表2，試樣的抗拉強度和屈服強度都極高，抗拉強度嚴重超出了15CrMoG的上限值。屈服強度和抗拉強度數(shù)值比較接近，沒有明顯的屈服階段，斷后伸長率低于15CrMoG的標準值，試樣的塑形較低，而沖擊吸收功又滿足15CrMoG的要求，可見試樣具有足夠的抵抗瞬時沖擊的能力。

通過以上力學(xué)性能分析可見更換的鍋爐管具有很高的硬度、強度和抵抗瞬時沖擊的能力，但是塑性較低。

2.2金相分析

對照硬度的試驗位置，對更換管段進行取樣，分別對外表面、內(nèi)表面及截面進行實驗室金相檢驗，得到照片見圖3。由圖3可見，內(nèi)外表面及截面組織形貌相同，組織均勻，可否定表面熱處理不均勻的原因所導(dǎo)致，同時與硬度得出的結(jié)果也相符。組織都不是GB 5310中規(guī)定的15CrMoG的組織狀態(tài)，即非鐵素體+珠光體，組織形態(tài)接近回火馬氏體或者回火索氏體，具體判斷還要結(jié)合熱處理藝。后150℃~250℃回火，即低溫回火，得到回火馬氏體為主組織，具有高的強度、硬度、耐磨性及一定的韌性；淬火后500℃以上高溫回火，即調(diào)質(zhì)處理，得到回火索氏體組織，鋼的強度、塑性和韌性得到恰當?shù)呐浜希哂辛己玫木C合力學(xué)性能。結(jié)合上面試樣的力學(xué)性能結(jié)果，符合回火馬氏體或回火索氏體的力學(xué)性能特征。

2.3化學(xué)分析

在檢驗現(xiàn)場采用便攜式光譜儀測得的合金元素含量基本滿足15CrMoG的成分要求，但是基于上述力學(xué)分析，判斷此種材料可能并非低合金耐熱鋼，可能屬于中碳鋼，C元素含量的提高會提高材料的強度和硬度，而降低塑性，而便攜式光譜儀無法測定C元素的含量。為驗證猜測，進一步取樣進行化學(xué)分析，得出的實驗結(jié)果見表3。實驗結(jié)果驗證了猜測，C元素含量超出了15CrMoG的要求，其他元素含量均在要求范圍之內(nèi)。

3案例討論

經(jīng)過以上的力學(xué)、金相和化學(xué)分析可確認此段鍋爐管屬于材質(zhì)錯用。C元素含量超出了對低合金耐熱鋼的要求，低合金耐熱鋼一般控制在0.1%~0.2%之間。隨著鋼中C含量的增加，鋼的室溫強度增加，但是塑形和韌性降低，試驗表明，在試驗溫度600℃以下時，隨著C含量增加，鋼的高溫短時強度增加，而高溫的塑性、韌性降低。同時提高含碳量會對鋼的熱強性產(chǎn)生不利影響[2]，并且會降低鋼在高溫長期運行的組織穩(wěn)定性，增加組織變化對鋼性能的影響。除此之外，當鋼中C元素含量超出0.25%時，焊接時容易產(chǎn)生裂紋，而更換下的管段C含量達到0.26%，對鍋爐的安全運行存在極大的安全隱患。

4結(jié)語

主蒸汽母管的材質(zhì)錯用是由于缺乏有效管理和監(jiān)督所導(dǎo)致，是極大的安全隱患，515號文加強了對主蒸汽母管的監(jiān)督管理。在以后的排查工作中，應(yīng)結(jié)合多種手段的檢測結(jié)果，對出現(xiàn)異常的問題進行綜合分析，最終來判定屬于何種問題，以消除隱患，從而達到保障安全、穩(wěn)定運行的目的。