发电厂冷凝器黄铜管的断裂失效分析.pdf

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第26卷/2006年第2期
湘南电カ
研究与试验
发电厂冷凝器黄铜管的断裂失效分析
徐国富,牟申周',李宏英2,尹志民
(1.中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083;:2,长沙锏铝材有限公司,湖南长沙410001)
摘要:借助化学分析、XRD,SEM及EDS等测试手段,对断裂失效的某发电厂冷凝器
用锡黄铜管进行了分析。结果表明,断裂失效的原因主要是应力腐蚀和腐蚀疲劳。并根
据断裂机理,提出了预防措施
关键词:冷凝器;晣裂失效;应力腐蚀;腐蚀疲劳
中图分类号:TG172;TK268文献标识码:A文章编号:1008-0198(200602-0019-03
Fracture failure analysis of brass pipe steam
condenser in power plant
XU Guo-fu, MOU Shen-zhou, LI Hong-ying YIN Zhi-min
(1. School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China p
2, Changsha Copper and Aluminum Co. Ltd., Changsha 410001, China)
Abstract: The fracture failure of Sn-brass pipe steam condenser used in power plant is analyzed by chemical anatysis
XRD analysis techniques, Scanning Electrical Microscopy(SEM)and Energy Dispersive Spectrum(EDS). The re-
sults show that stress corrosion and corrosion fatigue are the main causes for the fracture failure, According to the
analysis, some significant precautionary measures are suggested.
Key words: steam condenser, fracture failure, stress corrosion, corrosion fatigue
某发电厂1号机组安装了长沙铜铝材公司生产纹。观察主裂纹断口比较整齐。断口表面明显呈2种
的锡黄铜冷凝器管,在装机运行不到10000即发状态:与胀接区相对应的不均匀塑性变形区,其断
生断裂失效,为确保汽轮机组的正常、安全和经济口的颜色呈棕红色,是腐蚀的迹象,且断口已磨平
运行,特对其进行了失效分析。
分析认为主裂纹方向是沿着圆周扩展的,但疲劳源
1失效分析
的特征不明显;在裂纹中还可见到二次裂纹。其余
区域则呈金属光泽,具有瞬间开裂的特征。
1.1宏观分析
1.2化学成分分析
管外壁表面平整光滑、无点腐蚀迹象,呈深褐
査制造厂提供的资料:黄铜管脾号为HSn70
色,断口处宽约2~3mm,断口周围范園内颜色渐1B,采用中频感应熔炼一水平连续铸坯一反向挤压
浅;在断口处沿圆周有几处管壁下凹,下凹处有腐一拉伸一退火的工艺生产,出厂前对铜管进行了全
蚀迹象,腐蚀处管壁稍有减薄,旱棕红色。管外壁数涡流探伤,按批次抽样进行了拉伸力学性能检测
看不到其它裂纹,用实体显微镜(10X)观察未见和扩ロ、压扁、内应力试验,各项指标合格,合金
到裂纹。管内表面呈土黄色,平整光滑,与管外壁成分见表1,其中1号是同时装机而未断裂的管子,
下凹处相对应的管内壁出现下凹现象;用实体显微2号是断裂失效的黄铜管,各项数据均符合GB/
镜观察,可以断定是胀接工艺产生的不均匀塑性变T8890-1998的要求
形区,可见到少量的呈深褐色的点腐蚀迹象,在管1.3微观分析
内壁的塑性变形区中有一些与管外壁相应的裂纹,
用带能谱(EDS)附件的 Sirion200场发射扫描
也有与主裂纹相连接的二次裂纹,大多垂直于主裂电子显微镜(SFM)对失效的冷凝器黄铜管断口及
收稿日期;200512-02
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研究与试验
南电カ
第26卷/2006年第2期
表1黄铜管的化学成分
502H4r?SCAN:1000.0,02.15e),Cu4CwV.Z50mA)mnq°1651,05-20523:18
A
N
Mn
1号70.08
0.0460.1190,005
号
0.164
0,032
国标69,0~71,00.8~1.30.03~0.06
Pb
e
B
号0.011
0,006
0.003
余量
0.06
0.004
余量
国际≤0,05
≤0.010,00~-0.02余量
20
70
裂纹进行形貌和成分分析。由于断裂均发生在2个
隔板中间,铜管呈横向断袭,断裂形貌相似,断口较
WI Dsi017, Cui
平整,为脆性断口,断口特征与应力腐蚀机理相吻合
(图1)。管壁无明显减薄及磨损,未发生断裂的铜管
因2失效黄铜管内壁腐蚀产物的Ⅹ射线衍射语
内外壁未发现明显腐蚀迹象;断口旁内壁有与断口
平行的横向小裂纹,长约3mm,裂纹较宽。断口处
中间层为铜锈腐蚀产物,去除腐蚀产物后可见紫铜
色,脱锌特征。表2的能谱分析结果也证明了这
213
图1裂纹的微观形貌
图3腐蚀产物的微观形貌及EDS分析
表2失效黄铜管的能谱分析结果wt%
内外介质不同而产生的拉应力作用,易在表面缺陷
序号分析位 Cu Zn O Fe i Ca C1S
处发生脱锌腐蚀,引起脆断,使疲劳强度降低。资
1断口上78.815.61.141.91.10.250.230.96
2裂纹处85.6612.20.260.60,4
料[6〕表明在没有拉应力的情况下,一般介质对铜
3裂纹附近71.927.1
0,11
0.89的腐蚀很慢,一旦有拉应力作用,其应力腐蚀速度
1.4腐蚀产物分析
相当快。另外,拉应力的产生还来源于外加应力、加
黄铜管内壁去除沉积层后的X射线物相分析工变形的残余应力、安装应力、退火后发生的撞击
(XRD)结果见图2,腐蚀产物微观形貌及EDS分析等。
结果见图3。结果表明,除了铜锌固溶体基体外,内2.2腐蚀疲劳
壁腐蚀产物主要是氧化亚铜和氯化亚铜。
腐蚀疲劳是腐蚀介质与交变应力共同作用的结
果。最易产生此种破坏的部位往往是管子振动最强
2失效原因及机理分析
烈的部位(如中部),且裂纹大多数发生在脱锌腐蚀
2.1应力腐蚀
坑底,向腐蚀坑两侧及坑底同时迅速扩展,呈穿晶
应力腐蚀是指在拉应力和腐蚀介质的联合作用态扩展,直至失稳断裂。从断裂形态可以看出,铜
下产生的一种腐蚀破坏形式,它往往没有明显的先管开裂是从腐蚀疲劳开始的,腐蚀疲劳裂纹以脆性
光,所造成的断裂呈脆性断口。在运行中,管子受疲劳开裂方式进行稳定扩展。脱锌腐蚀与腐蚀疲劳