1、引言
山東某廠生產(chǎn)化工產(chǎn)品的20G鋼鍋爐爐管為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)管外徑38mm，壁厚4mm，用于輸送液體化學(xué)工業(yè)物料，服役溫度為500～600℃，外管為煙道，服役溫度為850～920℃，經(jīng)8h/d使用la后在內(nèi)管拐處出現(xiàn)泄漏，使鍋爐無法正常工作。經(jīng)對(duì)失效管子的成分、顯微組織和腐蝕產(chǎn)物分析，找到了泄漏的原因并提出了解決辦法。
2、腐蝕失效后分析
2.1腐蝕產(chǎn)物分析
在管子泄漏部位切取試樣，發(fā)現(xiàn)直管子內(nèi)表面有較厚的氧化皮。圖l可見彎管處有數(shù)個(gè)直徑不同、深淺不一的點(diǎn)蝕坑，個(gè)別點(diǎn)蝕坑已穿透，在點(diǎn)蝕坑內(nèi)和穿透孔的位置有殘留腐蝕產(chǎn)物存在。用JXA-8800R型電子探針(EPA)對(duì)殘留腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析表明，含有氧、氯、硫、釩、鈉等元素，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
2.2彎管成分分析
對(duì)未腐蝕和已腐蝕的20G鋼試樣，用砂輪去除氧化膜后，用DV-2型直讀光譜儀對(duì)其進(jìn)行成分分析。表2數(shù)據(jù)表明，腐蝕試樣的錳、硫、磷的含量比未腐蝕鋼有所增加，碳略低。
2.3金相分析
在不同的穿孔部位縱、橫向取樣，用XJG05型光學(xué)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)腐蝕坑表層為灰色氧化皮，其下有脫碳層。由圖2可見，表面組織為鐵索體+少量球狀珠光體，心部組織為鐵素體十球化的碳化物。
3、點(diǎn)蝕坑和孔洞產(chǎn)生的原因
由丁彎管內(nèi)表面在500～600℃、外表面在850—920℃K期服役，在表面形成鐵的氧化膜，其中Fe0中含有較多的陽離子空位以及Fe3q、Fe2 03氧化膜的致密度較低．所以氧化鐵為腐蝕介質(zhì)的吸附、停留、貯存、濃縮提供了條件。由于氧化膜與金屬基體膨脹系數(shù)和物相的差異，在頻繁加熱與冷卻條件下造成熱應(yīng)力和氧化膜的脫落，并導(dǎo)致氧化膜的裂紋及向縱深擴(kuò)展，使腐蝕介質(zhì)可通過氧化膜直接對(duì)基體金屬產(chǎn)生腐蝕。此外，氧化鐵是缺位的固溶體，在含有氧化劑、鹵素離子、OH等腐蝕介質(zhì)中，特別是在含有Cl-離子介質(zhì)的溶液中對(duì)氧化膜的破壞作用較為突出，其破壞形式首先從點(diǎn)蝕開始。主要原因是cr離子優(yōu)先地、有選擇性地吸附在氧化膜晶格的空位上，這時(shí)CI-離子就會(huì)擊穿氧化鐵膜形成點(diǎn)蝕核，直至穿透氧化膜，在基體上形成孔蝕源。由于金屬表面非金屬夾雜物、第二相析出、晶界的大小、缺陷、表面粗糙程度等的不均勻性使錳、硫、磷等元素在高溫壓力下不均勻地滲入到金屬基體的表層，形成硫化物質(zhì)點(diǎn)，很容易被不濃的強(qiáng)酸溶解。由于硫化物經(jīng)常形成包圍氧化物質(zhì)點(diǎn)的外殼，所以這些外殼一旦溶解，即形成了孔洞也即孔蝕源。因孔內(nèi)金屬處于較高的電極電位，隨后發(fā)生硫化錳的溶解、鐵的溶解和水解生成氫氧化鐵和氫離子等，降低了孔內(nèi)溶液層的pH值，使孔內(nèi)的溶液酸性增強(qiáng)，加速孔內(nèi)鐵的溶解，在氣流的沖擊和交變熱應(yīng)力的作用下，孔內(nèi)溶解的產(chǎn)物不斷脫落。之后，物料中的錳、硫、磷繼續(xù)向基體表面滲入，形成硫化物質(zhì)點(diǎn)，鐵的氧化溶解水解等繼續(xù)進(jìn)行，如此反復(fù)多次最后造成彎管破裂。
4、改進(jìn)措施和建議
(1)為了提高鍋爐彎管在高溫、沖刷、腐蝕下使用壽命，應(yīng)選用鉻鎳奧氏體不銹鋼，如OCrl8Ni9Ti、lCr18Ni9T1、OCr25N120等。
(2)在管子使用前，對(duì)管子內(nèi)表面進(jìn)行鍍鎳提高管子表面的電極電位，避免因管子表面粗糙堆積物料中的沉積物和氧化鐵，使耐蝕性差，提高管子表面防垢和防腐能力。
(3)減少彎管數(shù)量和加大彎管的半徑，避免管子在拐彎處受到物料的直接沖刷或彎管改成可拆卸的結(jié)構(gòu)，以便定期清洗修復(fù)；
