由于鋼材質量不良，結構不合理，工藝質量較差及運行管理不當等原因，使鍋爐元件某部分強度或塑性儲備不足而產生裂紋，使鍋爐機組不能正常地進行工作，這種現象稱為鍋爐元件的失效。大量的事故表明，鍋爐元件的失效給工業(yè)生產帶來了很大的損失，對此必須加以足夠地重視。因此，加強鍋爐元件的冶金、設計、制造和運行中的質量控制，是鍋爐元件安全、可靠地運行的重要保證。但鍋爐元件的失效總是難免的，當失效發(fā)生后，如何分析失效的原因，從而吸取教訓并提出改進措施，以防止同類問題的發(fā)生，則是使上述技術完善、改進和提高的重要步驟之一。為此，本節(jié)主要介紹鍋爐元件判別失效原因的一般規(guī)律和具體失效的實例。

一、鍋爐元件可能產生的損壞現象

鍋爐元件是在各種不同條件下進行工作的，特別是承受內壓的元件，在一定溫度、壓力和蒸汽、水及煙氣的作用下長期工作。在元件的工作過程中，會發(fā)生各種有害于鋼材性能的現象(表1)，如果鋼的組織和性能受到損傷，從而產生失效。

表1? 鍋爐用鋼在運行中可能產生的損壞現象

由表1可以看出，鍋爐用鋼在運行中可能產生的損壞可能是一種、兩種或兩種以上的因素所引起的，并且各種因素之間相互影響，這給失效分析帶來一定的困難。因此，在進行元件的失效分析時，必須從冶金、制造(材料質量、冷熱加工變形、熱處理及焊接工況等)、運行(累計時間、超溫、水質、燃燒等)諸方面的情況調查了解入手，并作必要的鑒定試驗，然后進行綜合分析并做出結論。

二、鍋爐元件損壞原因的一般判別方法

(一)鋼材缺陷破裂

??? 1、破壞特征

??? (1)破口斷面及附近殘留原有缺陷跡象，缺陷處常有氧化物存在。

??? (2)破口斷面是鈍的，破口處管子周長變化不大(圖12--1)，因為缺陷造成的應力集中使其損壞，不產生較大的塑性變形。

??? (3)破口的形狀與其它原因造成的損壞有明顯的區(qū)別(圖12--2)。由圖可見，裂紋造成的破口形狀呈近似矩形(圖12--2a)；水循環(huán)破壞短時過熱造成的破口形狀為桃核形且破口尖銳(圖12--2b)；較短時間蠕變破壞造成的破口形狀呈近似桃核形(圖12—2c)，長時間蠕變破壞為大量小裂紋(圖12--2d)。

(4)裂紋具有穿晶斷裂的特點，是由于在缺陷尖端造成了高的應力集中而引起的。

? 2、? 失效原因

? 鋼材存在原始缺陷(圖6-3)，而在驗收檢查時未超過有關技術標準或驗收檢查不嚴格，導致元件在運行時引起破裂失效。

? 3、判別方法

? 一般作破口的宏觀觀察和測量破口處管子周長，必要時，作舊缺口處的金相分析。

?(二)短時急劇過熱破裂

? 1．失效特征

? (1)破口斷面銳利，破口處管子周長增加很多，因為高溫下塑性較大，損壞時鋼伴隨著較大的塑性變形。

? (2)破口常呈桃核形(圖12--6b)。因為是一點而破裂繼而張開，而不是沿缺陷(一條線)同時破裂。

? (3)破口處的金相組織常是淬硬組織或淬硬組織加鐵素體。這是由于高溫迅速冷卻的緣故，而迅速冷卻則是工質以很高的速度從破口向外噴射，相當于噴射淬火一樣，如果管壁很薄，其淬硬傾向更大。因此，破口處(區(qū)域)的硬度明顯高于其它部位(圖6-4)

? (4)管子外壁沒有氧化皮。因為盡管溫度很高(≥800℃)，但在該溫度下運行時間極短就造成破壞，在外壁還來不及形成氧化皮。

? (5)有時由于工質噴射反力，使管子明顯造成彎曲。

??? 2、損壞原因

??? 沸騰管水循環(huán)發(fā)生故障或過熱器出現水塞等現象時，內部工質冷卻管子的條件嚴重惡化，壁溫急劇上升，使鋼的強度大幅度地下降，在極短時間內即可引起破裂。

?? ?3、判定方法

??? (1)觀察破口及測量破口處管子周長。

??? (2)顯微組織觀察分析及硬度的測定。

??? 一般情況下，對這種失效形式只作破口觀察就能作出結論。

(三)長時過熱蠕變破裂

??? 1、失效特征

??? (1)鋼的過熱程度較大，經過較短的時間(幾百小時或一兩千小時以內)即可引起蠕變破裂，破口的形狀與短時過熱相似，但破口斷面不太銳利(圖12—2c)，鋼的過熱程度較小，經較長時間(幾千小時以上)引起的蠕變破裂，于內外壁形成許多縱向裂紋(圖12--2d)，個別可能穿透管子壁厚，但破口不明顯張開。

??? (2)破口處管子周長一般增加較少。內外壁有明顯的氧化皮。過熱程度較大時，裂紋沿晶內擴展，觀察斷口時為解理斷裂；過熱程度較小時，裂紋沿晶界擴展，觀察斷口時為沿晶斷裂。

??? (3)碳化物明顯呈球狀，有時向晶界偏聚，合金元素由固溶體向碳化物轉移。

??? (4)一般與蒸汽腐蝕及高溫氧化特征相同。他們的特征見蒸汽腐蝕和高溫氧化損壞部分。

??? 2、損壞原因

??? (1)管子堵塞，如焊口瘤、鋼球或其它物質進入管子的內部而產生該現象。

??? (2)熱偏差或水力偏差使某些鋼管中工質的流量減少。

? ??(3)內壁積垢或積氧物過多。

??? (4)材料用錯，以劣代優(yōu)或者混料。

??? 3、判別方法

??? (1)對斷口進行觀察分析。

??? (2)進行顯微組織分析。

??? (3)進行化學成分分析。

??? (4)必要時，進行微區(qū)成分和碳化物相結構的分析以及力學性能試驗。

?(四)蒸汽腐蝕(氫的腐蝕)

??? 1、損壞特征

??? (1)蒸汽腐蝕發(fā)生在過熱器管，一般與蠕變破壞同時發(fā)生。冷變形部位(彎頭等)易于產生。裂紋較小且發(fā)生在鋼管的外壁。

??? (2)裂紋沿晶界擴展，破口處的管子變形較小。