熱電聯產和企業自備電站鍋爐常采用母管制運行，主蒸汽母管多數處于超期未檢狀態。對一起在母管排查工作中的材質錯用案例進行了分析。首先介紹了案例背景，然后采用力學、金相和化學的方法對被更換下的管段進行了對比分析，最后探討了存在的安全隱患。

電站鍋爐是重要的能源轉化設備，定期檢驗對保障鍋爐的安全、穩定運行起著至關重要的作用?！跺仩t定期檢驗規則》規定了鍋爐的檢驗范圍和項目，但是熱電聯產鍋爐和企業自備電站鍋爐常采用母管制運行，《鍋爐定期檢驗規則》規定的檢驗范圍一直存在著無法嚴格執行的問題。近幾年鍋爐范圍內管道接連發生事故，造成了較大的損失和社會影響，因此國家市場監督管理總局辦公廳發文關于開展電站鍋爐范圍內管道隱患專項排查整治的通知（市監特函[2018]515號，以下簡稱515號文），進一步明確了電站鍋爐范圍內管道的檢驗范圍及隱患排查工作。根據515號文的要求，在排查鍋爐范圍內超期未檢的管道工作中，發現了一系列問題，本文針對一起鍋爐管道材質錯用案例進行了分析和討論，對于以后的排查工作的重點有一定的借鑒和指導意義。

1案例背景

某自備電廠的主蒸汽母管檢驗，運行壓力3.82 MPa，溫度455℃，材質15CrMoG，規格中325 mm×13 mm，該母管運行時間超過1.0X105 h，根據515號文的要求，對該主蒸汽管道對接焊接接頭進行100%無損檢測、金相檢驗及硬度檢測。在一期母管靠近端部閥門管段，見圖1所示位置，在金相檢驗的過程中，對接接頭熱影響區和母材金相組織出現異常，見圖2.

兩直管段金相組織異常，中間彎頭正常，15CrMoG正常組織為鐵素體+珠光體，允許存在粒狀貝氏體，而圖中組織類似回火馬氏體或回火索氏體。對異常管道母材部位進行硬度檢測，硬度值在285~320HBHLD之間，考慮到里氏硬度計的誤差，實際硬度值也嚴重超過了DL/T438-2016《火力發電廠金屬技術監督規程》中規定15CrMoG硬度值125~170HB的規定。在檢驗現場懷疑材質錯用，進一步采用了便攜式光譜儀進行合金元素含量檢測，Cr含量1.14%，Mo含量0.45%，不含V，元素含量基本符合GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》對15CrMoG元素含量的要求。

上述管段金相組織和硬度值異常，而合金元素含量又符合15CrMoG的特征，考慮到相鄰的其他管段硬度值和金相組織均正常，現場判斷或許是熱處理出現了異常，現場手段已無法進行進一步分析和驗證?？紤]到金相組織異常且硬度值超出標準值太多，硬度超出近80%，存在嚴重的安全隱患，使用單位對此管段最終進行了更換處理。本文取回了更換的管段，進一步采用實驗室的手段對更換下來的管段進行了分析，下面對此進行詳細介紹。

2案例分析

2.1力學分析

考慮到材料由于制造或者熱處理等原因導致材料硬度分布不均勻，鍋爐管表面的硬度往往和內部及截面有區別，表面硬度的高低有時無法反應材料的真實硬度，因此對所更換下鍋爐管進行取樣，采用實驗室臺式布氏硬度計分別對其外表面、內表面及截面進行硬度檢測，結果見表1。表1可以看出，外表面硬度略低于內表面及截面，但基本可以反映鍋爐管的整體硬度情況，與現場里氏硬度計測得的數值（最大320HBHLD）也較為接近，由此說明現場便攜里氏硬度計所測的硬度值也是可信的，嚴重超出了15CrMoG規定的標準值。

對更換的管段分別取拉伸試樣和沖擊試樣，得出的結果見表2，試樣的抗拉強度和屈服強度都極高，抗拉強度嚴重超出了15CrMoG的上限值。屈服強度和抗拉強度數值比較接近，沒有明顯的屈服階段，斷后伸長率低于15CrMoG的標準值，試樣的塑形較低，而沖擊吸收功又滿足15CrMoG的要求，可見試樣具有足夠的抵抗瞬時沖擊的能力。

通過以上力學性能分析可見更換的鍋爐管具有很高的硬度、強度和抵抗瞬時沖擊的能力，但是塑性較低。

2.2金相分析

對照硬度的試驗位置，對更換管段進行取樣，分別對外表面、內表面及截面進行實驗室金相檢驗，得到照片見圖3。由圖3可見，內外表面及截面組織形貌相同，組織均勻，可否定表面熱處理不均勻的原因所導致，同時與硬度得出的結果也相符。組織都不是GB 5310中規定的15CrMoG的組織狀態，即非鐵素體+珠光體，組織形態接近回火馬氏體或者回火索氏體，具體判斷還要結合熱處理藝。后150℃~250℃回火，即低溫回火，得到回火馬氏體為主組織，具有高的強度、硬度、耐磨性及一定的韌性；淬火后500℃以上高溫回火，即調質處理，得到回火索氏體組織，鋼的強度、塑性和韌性得到恰當的配合，具有良好的綜合力學性能。結合上面試樣的力學性能結果，符合回火馬氏體或回火索氏體的力學性能特征。

2.3化學分析

在檢驗現場采用便攜式光譜儀測得的合金元素含量基本滿足15CrMoG的成分要求，但是基于上述力學分析，判斷此種材料可能并非低合金耐熱鋼，可能屬于中碳鋼，C元素含量的提高會提高材料的強度和硬度，而降低塑性，而便攜式光譜儀無法測定C元素的含量。為驗證猜測，進一步取樣進行化學分析，得出的實驗結果見表3。實驗結果驗證了猜測，C元素含量超出了15CrMoG的要求，其他元素含量均在要求范圍之內。

3案例討論

經過以上的力學、金相和化學分析可確認此段鍋爐管屬于材質錯用。C元素含量超出了對低合金耐熱鋼的要求，低合金耐熱鋼一般控制在0.1%~0.2%之間。隨著鋼中C含量的增加，鋼的室溫強度增加，但是塑形和韌性降低，試驗表明，在試驗溫度600℃以下時，隨著C含量增加，鋼的高溫短時強度增加，而高溫的塑性、韌性降低。同時提高含碳量會對鋼的熱強性產生不利影響[2]，并且會降低鋼在高溫長期運行的組織穩定性，增加組織變化對鋼性能的影響。除此之外，當鋼中C元素含量超出0.25%時，焊接時容易產生裂紋，而更換下的管段C含量達到0.26%，對鍋爐的安全運行存在極大的安全隱患。

4結語

主蒸汽母管的材質錯用是由于缺乏有效管理和監督所導致，是極大的安全隱患，515號文加強了對主蒸汽母管的監督管理。在以后的排查工作中，應結合多種手段的檢測結果，對出現異常的問題進行綜合分析，最終來判定屬于何種問題，以消除隱患，從而達到保障安全、穩定運行的目的。