电厂汽机主油泵润滑油出口管裂纹原因分析

　　【摘要】通过对某火力发电厂汽轮机用奥氏体不锈钢管损坏事故的调查了解，运用现代的失效分析方法和手段，将事故钢管取样进行检验，找到了不锈钢管破裂的原因，为保证设备安全运行，预防类似事故的发生提供技术保障。
　　关键词：失效分析，裂纹，原因分析
　　1汽机主油泵的作用
　　主油泵是蜗壳型离心泵，安装在前轴承箱中的汽轮机外伸轴上，与汽轮机主轴采用刚性连接，由汽轮机主轴直接驱动，以保证运行期间供油的可靠性。离心式主油泵自吸能力较差，必须不断地向其入口供给充足的低压油：在启动升速和停机期间，由交流润滑油泵向其供油；在额定转速或接近额定转速时由注油器向其供油。主油泵出口有管道与油箱内的注油器进口相连。
　　由于连接主油泵和注油器的管道内介质为润滑油，所以对管道内的清洁度要求高，管道一般采用奥氏体不锈钢制成。
　　2样品简况
　　某火力发电厂扩建工程6#机主油泵润滑油出口管在机组试运行近二十小时后发生漏油，经检查发现该管弯管的一端距离焊缝边缘约10mm处有裂缝，于是截取开裂弯头段进行开裂原因分析。
　　管子设计材质为0Cr18Ni9，规格为φ159mm×7mm，设计油压小于3.0MPa，工作压力约2.5MPa，工作油温约50℃。该润滑油系统使用的是高质量、均质的精炼矿物油，并且必须添加防腐蚀和防氧化的添加剂，但不得含有任何影响润滑性能的其他杂质，润滑油的牌号为32L-TSA/GB11120-89透平油，且经过化学成分检验合格。
　　3检验结果
　　3.1宏观观察
　　润滑油出口管弯管的一端距离焊缝边缘约10mm处开裂，开裂两侧匹配性较差，这说明出口管开裂为脆性开裂，如图1所示。
　　                          
　　                                                         图1开裂弯管全貌
　　在开裂处的弯管内有锈蚀现象，而直管部分较为光亮。
　　弯管的另一侧焊缝内壁腐蚀现象相对轻微。
　　另外，据肉眼观察弯管外壁有不均匀的打磨痕迹。
　　3.2壁厚测量
　　在弯管中部位置截断，分别测量弯管外圈、内圈和两侧的壁厚，结果如下：
　　内圈壁厚/mm:7.207.307.32
　　外圈壁厚/mm:4.424.724.20
　　侧面/mm:6.305.706.02
　　可以看出，弯管在中间处的内外圈壁厚不等，外圈壁厚明显小于内圈，这说明弯管是由直管弯曲而成。
　　3.3化学成分复查
　　由于弯管和直管段锈蚀不同，均进行了化学成分复查，如表1所示。
　　表1弯管和直管化学成分
　　                   
　　从表中可以看出，弯管和直管段化学成分均符合GB/T1220-2006的规定。
　　3.4金相组织观察
　　经夹杂物分析、开裂焊缝附近组织与晶粒度、开裂焊缝附近的沿晶腐蚀、未裂焊缝端的沿晶腐蚀、弯管中部的沿晶腐蚀等组织观察，结果说明在断口附近（离焊缝约10～12mm处）弯管内外表面，及直管部分都存在沿晶腐蚀现象，只是弯管比直管严重，管内比管外严重，弯管已裂端焊缝比未裂端焊缝内侧严重。在弯管外壁发现的最大沿晶腐蚀裂纹深度达到4mm，已超过半个薄厚。
　　另外经断口的扫描电镜观察结果显示断裂为沿晶断裂，沿晶腐蚀严重，与金相观察结果一致。对断口进行了X射线衍射物相分析，分析结果显示，断口的主要物相为：γ（Fe，Ni）、Cr7C3、FeNi3。
　　4结果分析讨论
　　4.1弯管生产工艺分析
　　弯管中间位置外圈壁厚明显小于内圈，这说明弯管是由直管弯曲而成。由图8～10可以看出，弯管夹杂物沿着管子的轴向拉长或断裂，说明弯管为轧制管而非铸造管。
　　一般的薄壁铸造管在管壁中心应有两个方向柱状晶生长的交界线，而被检弯管的断口上无此特征，这也说明弯管并非铸造管。
　　4.2晶间腐蚀敏感性
　　晶间腐蚀是指沿着多晶体晶界或它的邻近区域发生发展的一种局部腐蚀。奥氏体不锈钢多半在约427～816℃的敏化温度范围内，在特定的腐蚀环境中易发生晶间腐蚀。化学成分、晶粒尺寸、冷加工对晶间腐蚀均有影响。
　　就化学成分而言，碳是影响晶间腐蚀最主要的因素，Cr、Ni也都有影响，从公式Creff＝Cr％-0.18Ni％－100C％可计算出抗晶间腐蚀的性能。Creff数值越高，
　　抗腐蚀能力越强，将被检样直管和弯管的化学分析结果代入公式，有：
　　直管Creff＝18.20－0.18×8.3-100×0.042＝12.506
　　弯管Creff＝17.45－0.18×8.27－100×0.076＝8.3614
　　从Creff值可以看出，直管抗晶间腐蚀能力优于弯管。
　　沿晶析出物集中在晶界上，通常晶粒越大，单位面积上析出物越多，基体Cr含量降低越多，晶间腐蚀越容易。
　　观察发现，弯管外壁有显著的磨削加工痕迹，加工留下的残余应力必然会加剧晶间腐蚀的发生。
　　在以上三点的综合作用下，弯管的综合抗晶间腐蚀能力比直管差。
　　4.3焊缝腐蚀
　　具有沿晶腐蚀倾向的材料，在焊缝热影响区内发生的沿晶腐蚀叫焊缝腐蚀。因为在焊缝热影响区内有的部位恰好处在析出特定相的敏感温度范围之中，在腐蚀介质作用下，这一部分就会发生沿晶腐蚀。被检失效油管开裂位置在离焊缝10～12mm左右弯管一侧，此处的腐蚀属于焊缝腐蚀。
　　断口的X射线衍射分析结果显示，断面有Cr7C3析出物，由于该析出物的出现，导致晶界附近基体贫Cr，而引起沿晶腐蚀。
　　4.4弯管直管腐蚀分析
　　上述实验证明，弯管不仅在焊缝的热影响区有严重的晶间腐蚀（即焊缝腐蚀），而且在弯管的内外表面均有较为严重的晶间腐蚀。另外发现，直管内外表面也有较为严重的晶间腐蚀。根据油质化验结果，管内润滑油中无严重腐蚀成分。排除管内润滑油的影响，弯管内外壁应该在管道投入使用前有被腐蚀介质作用的过程。
　　综上，弯管内外壁的晶间腐蚀和焊缝腐蚀是润滑油出口管破裂的主要原因，润滑油出口管在使用前已被严重腐蚀。
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