1.概述

   某公司某机组水冷壁管，发生爆管泄漏。管子规格为Φ63.5×7.5mm，材质为SA-210C。

2.试验

来样及爆口宏观分析，来样为鳍片相连4管，管身标记“4、5、6、7”，本次试验采用原命名。其中5号、6号管为泄漏管，（见图1a）。首爆管为5号管，将临近6号管吹损减薄，继而引起6号管由内而外泄漏，(见图1b)。

    首爆口位于5号管向火面，爆口附近管段无明显涨粗，爆口呈纵向裂纹，长度约70mm，爆口宽处约2mm，（见图1c）。

    解剖取样及内壁观察5号管爆口段中部取环向金相试样，4号、5号取拉伸试样，（见图2a）。5号拉伸试样向火侧内壁可见垢层厚且崩落严重，4号拉伸试样向火侧内壁未见异常垢层，（见图2b～2d）。爆口内壁两侧有较厚垢层，爆口前端内壁与外壁基本平齐，可知，爆口内壁长度同样约70mm，（见图7e、7f）。

  相连4号管内壁观察比较，有且只有5号爆管处有较厚垢层，其余3管均未出现异常增厚垢层，(图7g～7j)。

金相分析

   壁厚分析对爆口中部金相环横截面观察，明显可见向火侧内壁凹坑底部处起爆，此处壁厚已腐蚀减薄至约3.6mm，外壁无明显变化，（见图3）。

      对爆口段环样开展试验，检测标准为DL/T 674 - 1999，其中爆口旁及内壁有大量孔洞及微裂纹，经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，大部分沿晶界分布，内壁脱碳层深度约1.98mm（附图4a、4b ）；爆口两侧均密集分布类似蠕变类孔洞，内壁微裂纹深度约2mm，中部宽、前端尖细（附图4c～4h ）；内壁氧化层为247um（附图4i ），外壁氧化层为70um（附图4j ）；向火、背火均为2级（附图4k、4l 及4m、4n ）。结果表明，组织爆口处未老化，内壁裂纹及脱碳符合氢损失特征。

维氏硬度

爆口处各部位维氏硬度见表。试验结果表明内壁脱碳层处硬度明显偏低。

拉伸性能

拉伸结果见表。试验结果表明各管强度均合格，断后伸长率爆管向火面明显异常偏低。

讨论与分析

接下来让我们讨论分析。材料方面,化学成分见相关资料。爆管向火面拉伸断后伸长率明显偏低。爆管内壁脱碳，有沿晶微裂纹，属异常情况。组织未见老化。分析认为，这些特征符合氢损伤引起的材料弱化现象。

   爆口方面，爆管段无明显涨粗，无明显塑性变形。爆口旁管段内壁垢层较厚，减薄严重。内壁脱碳及沿晶微裂纹特征符合氢损伤特征。水冷壁管壁产生大量腐蚀产物，并在内壁沉积，形成氧化铁帽，氧化铁帽下部产生酸性溶液。长期垢下酸腐蚀一方面凹坑状腐蚀减薄管壁；另一方面，垢下酸腐蚀产生原子态的氢，氢原子向金属基体扩散，进入金属晶界，与碳生成CH4，造成脱碳。生成的CH4扩散系数低，晶界处内压增大，引起沿晶裂纹。水冷壁向火面内壁腐蚀减薄叠加垢下酸腐蚀氢脆，而后爆管。

结论：

本次失效分析结论为，水冷壁属腐蚀减薄叠加垢下酸腐蚀导致氢损伤型脆性爆管。

建议

低温段水冷壁管内壁出现较厚的垢层。建议结合垢样试验数据，追踪垢层形成原因，例如核查水质Ca、Mg离子的来源。

相邻4管除爆管外，其余3管均未出现较厚垢层。建议，核查水冷壁中气体流量分配是否均衡，水压是否满足要求等方面查找原因。

排查水冷壁管是否涉及到热浸铝工艺。