摘 要：本文通过对裂纹外观检查，了解锅炉的使用环境、介质等因素，说明疲劳和应力腐蚀是产生裂纹的主要原因。

关健词：不锈钢；疲劳；应力腐蚀；裂纹

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.007

1 前言

有五个单位使用同一LSG型号的6台燃油立式锅炉，分别于2001、2002和2006年开始运行，在2007 年发现2台锅炉有渗漏现象。清除保温层和垢杂物后发现本体上不同部位有大小不一的裂纹。在2008、2009和2010年分别有4台又发现有上述同样的裂纹现象。该批锅炉的主要技术参数如下：

额定出力：0.2～0.35T/H；

额定压力：0.04MP；

燃烧方式：轻柴油喷燃。

2 外观检查

去除垢杂物保温层后，发现裂纹位置为出烟口与封头连接处焊缝裂纹（见图1）、进水管座周围出现裂纹（见图2）、封头上部出现裂纹（见图3）。把裂纹周围的附着物去除后，没有产生明显的点蚀现象及塑性变形。

3 裂纹原因分析及讨论

3.1 母材材料特性

该热水鍋炉的主要材料用俗称304的不锈钢制造而成，304不锈钢是按照美国ASTM标准生产出来的不锈钢的一个牌号，相当于我国的0Cr19Ni9不锈钢，含铬19%，含镍9%[1]。应用不锈钢防锈时，其原理在于，合金元素可生成致密的氧化膜，阻隔空气氧化其内的金属元素。所以不锈钢并不是“不锈”，但是不锈钢在氯离子存在下的环境中，会产生应力腐蚀，甚至超过普通的低碳钢。

3.2 出烟口与封头连接处焊缝裂纹（图1）

据现场观察，锅炉的烟囱是由锅炉本体通过出烟口支承的，受力位置是出烟口与封头的焊缝位置。由于烟囱直通大气，空气中有一定的湿度（特别是雨天时），当烟气向上升与烟囱内的空气接触。烟囱的水向下流动，遇高温烟气时会焊接处产生热胀冷缩现象。由于这种现象周期反复变化着的应力的作用而在焊接薄弱处产生疲劳裂纹。

3.3 进水管座周围出现裂纹（图2）及封头上部出现裂纹（图3）

根据现场仔细观察裂纹的特征（裂纹附近没有明显塑性变形和大量分叉的穿晶断裂），认为是典型的应力腐蚀裂纹。

（1）产生应力腐蚀的因素。在含氯元素的离子介质中，含镍铬奥氏体成分的不锈钢较易产生应力腐蚀，热水锅炉主要应用到的就是0Cr19Ni9不锈钢，因此易被应力腐蚀。

据向使用热水锅炉单位了解，该锅炉的热水直接是由自来水供给的，自来水中含有大量的氯离子，因具备了产生应力腐蚀的介质因素。

某种金属与某种介质在其相应的组合情况下产生应力腐蚀，导致不同金属腐蚀的介质也不一样，相应金属产生应力腐蚀就需要特定的腐蚀介质。根据实际统计的工程事故数据得出，奥氏体不锈钢产生应力腐蚀时，氯离子介质所引起的应力腐蚀起到了很大作用，对于奥氏体不锈钢来说，当材料上的温度高于30℃且同时存在于一定浓度的氯离子中，便会产生应力腐蚀，随着温度不断升高，仅需要很少的氯离子就能产生应力腐蚀；尤其在50℃以上温度的含氯离子的水溶液当中，奥氏体不锈钢最易产生应力腐蚀；氯离子的浓度和温度的升高，在应力腐蚀中起到了很大作用。

（2）进水管座周围出现裂纹（图2）。进水管座处于热水锅炉的下部，位于燃烧室旁，环境温度较高。进水管连接着止回阀和截止阀，容易漏水，因此保温层会受潮，而不断加热的过程中，氯离子的浓度也在不断增加。此外，阀门修好或更换后不再漏水，锅炉加热的过程又会让保温层干燥了，保温层在潮湿和干燥两个环境里交替，这样为氯离子在保温层中聚集创造了有利条件。

当热水锅炉进水时，管座周围的温度相对较低，当进入锅炉的自来水经热交换后，炉外壁温度随之升高。锅炉内环境不断在潮湿和干燥中交替，金属表面水膜中易溶的有害物质及可能有害的物质聚集在一起，在交替的环境中，金属产生开裂问题所需要的温度，比连续润湿时开裂，所需要的温度低得多。由此可见，该热水锅炉的应力腐蚀裂纹应起源于筒体的外壁。另锅筒外壁温度为80℃左右正是易产生应力腐蚀的温度，可见该热水锅炉进水管座处完全符合产生应力腐蚀的环境。

（3）本体上部出现裂纹（图3）。立式燃油热水锅炉由于受受热面积较少，烟气循环路程较短，所以排出大气的温度较高（约200℃）[2]。据了解热水锅炉上的阀门也经常漏水，这些水会沿着沪顶流入保温层，当使用热水时，锅炉的水位降低，锅炉顶形成一定的无水空间。炉壁温度随之升高，当泵打滿水后，炉壁温度有一定的下降。也形成了交替润湿和干燥，并且此处的壁温较高约100℃，完全形成了产生应力腐蚀的环境条件。产生的裂纹也比较严重。

4 结束语

如上分析，裂纹主要是疲劳和应力腐蚀形成，所以应加强出烟口与封头间焊缝高度及热水锅炉上阀门仪表的管理。保证保温层的干燥，控制水中的氯离子≤25ppm。

参考文献：

[1]李丹.超（超）临界火电机组传热管用不锈钢的研究[D].江苏大学，2010.

[2]顾卫东.余热锅炉出口减温器蒸汽法兰失效分析[J].石油化工技术与经济，2014（03）：98-101.