反应炉炉管断裂分析

化工厂使用的反应炉炉管，一端材料为Cr25Ni20，另一端为Incoloy800，由钎焊连接。管内介质为H₂、N₂、CO等，工作压力为3.8kPa，工作温度790℃，其中18管使用约4×104h，28管使用8×103h后，均发生断裂。

采用金相检验方法，对断裂炉管作分析，2根管子均已产生蠕变空洞，蠕变裂纹主要发生在Cr25Ni20材料端，炉管断裂属高温下的蠕变断裂失效。

见图1～图10。

图1  0MI  50×

图号：图1

说明：1^#管内壁表面生成大量空穴并连成裂纹向基体内扩展，裂纹呈沿晶裂纹，部分粗大的裂纹内有氧化物。

图2 OMI 250X                                                                       图3 OMI 500X

图号：图2一图4

说明：此三幅图像为1^#管子Cr25Ni20材料端不同部位，经苦昧酸盐酸酒精溶液浸蚀后的组织形貌。基体为奥氏体，其上布满大小不等的碳化物，黑色空穴已连成网络，分布于奥氏体晶界上，部分尺寸较大的空穴内有氧化物。空穴的形状主要以圆形和椭圆形为主。对于蠕变裂纹，常有空穴连接而成，在温度较高、应力较低的情况下，主要形成圆形和椭圆形空穴，断裂后其断口为韧性沿晶断裂。图中局部区域的空穴已连接成裂纹。

图4  0MI  500×

图号：图4

说明：苦味酸盐酸酒精溶液浸蚀，Cr25Ni20端管子，此图为远离断口的显微组织及黑色空穴沿晶、沿碳化物分布情况，且碳化物已聚集与长大。

图6  0MI  50×

图号：图6

说明：未浸蚀^#2试样断口Cr25Ni20区域。内部出现多条裂纹，裂纹粗大，其内外均有氧化物，亦有些较大的空穴相连成裂纹。断口呈凹凸不齐形态。

图7 0MI  240×

图号：图7

说明：2^#管子Cr25Ni20材料端抛光态下，空穴沿晶分布，已连成裂纹，空穴形状为圆形及椭圆形。

图8 0MI  200×

图号：图8

说明：2^#管中有典型蠕变形貌。在一条黑色粗大的主裂纹附近有数个奥氏体晶粒，晶界上有碳化物，许多空穴沿晶界排列。此种形态比较典型，以圆形和椭圆形空穴为主。

图9  0MI  300×

图号：图9

说明：28#管处断口，苦味酸盐酸酒精溶液浸蚀，出现沿粗大奥氏体晶界的裂纹与沿晶相连之空穴，且裂纹内充有氧化物，该粗晶裂开面恰是沿晶断裂主裂纹区域。

图10 0MI 300×

图号：图10

说明：在断口的一些区域内出现颇多沿晶裂纹，其裂纹大多由非规则的空穴相连而成，并沿奥氏体晶界分布。