引言超超临界机组具有良好的运行灵活性和负荷适应性，发展电成本、减少污染物排放的一种切实可行的方法［1-2］。随着机组运行负荷的增加，管子服役温度不断提高.管壁温度的上升，加速进管子的材料老化、蒸汽氧化、高温腐蚀。在机组运行过程中，超温或温度急剧波动会使受热面管道内壁产生氧化皮；机组停运后，降温或温度急剧变化时，氧化皮因与母材的膨胀系数不同而脱落，可造成受热面管道堵塞，最终导致超温过热爆管［3］。Super304H被广泛用于制造金属壁温不超过700 ℃的超超临界锅炉的过热器和再热器管。在长期服役过程中，短时过热、长时过热都可引起Super304H过热器或再热器管发生爆管失效［4］。某电厂高温再热器管在运行约5万h后，第35屏多根管子发生泄漏，引起机组停机。为了查明高温再热器管的开裂原因，选择编号为35-4、35-6的开裂管以及35-8未开裂管开展了相关失效分析实验。1材料与方法针对3根管样开展失效分析实验，其中2根为爆管样，1根为完好对比样，管样材质为Super304H，规格为Φ50.8 mm×3.5 mm。对各管样分别进行了宏观形貌、布氏硬度、显微组织、拉伸性能实验。其中布氏硬度、内壁氧化层厚度、显微组织实验分别在爆口以及远离爆口的母材区域开展，以进行对比分析。每种管样的拉伸试验分别选取迎风面、背风面处试样开展。2实验结果2.1宏观形貌各管样的宏观形貌如图1所示。由图1（a）可知，35-4管断口较为平整，形貌类似拉伸断口，在断口局部位置有壁厚减薄情况存在（图中方框处）；由图1（b）可知，减薄区域呈半椭圆形。由图1（c）、图1（d）可知，爆口撕裂严重，存在很大塑性变形，同时开裂部位存在壁厚减薄（图中方框处）。35-8管表面完好，未发现明显磨损、腐蚀、刮伤、鼓包、变形（含蠕变变形）等情况，管子壁厚未发生明显减薄。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.008.F001图1管样宏观形貌2.2硬度分布DL/T 438-2016标准要求Super304H钢管硬度范围为150～219 HBW。硬度实验结果显示，35-4管爆口附近的硬度为196～200 HBW，而距爆口50 mm的母材硬度188～196 HBW。35-6管爆口附近的硬度为201～216 HBW，而距爆口50 mm的母材硬度为201～204 HBW。35-8正常管样的硬度为220～223 HBW。由此可见，对于爆管样，爆口附近的硬度高于母材，但仍满足标准要求，而完好管的硬度略高于标准要求。2.3显微组织各管样的微观组织形貌如图2所示。由图2（a）可知，35-4管爆口附近的微观组织为奥氏体，晶粒内存在较多的碳化物，晶界上碳化物增多，老化3.5级。由图2（b）可知，远离爆口的母材处显微组织也为奥氏体，但晶内碳化物含量有所减少，老化程度稍轻，为3级。由图2（c）、图2（d）可知，35-6管爆口附近的显微组织同为奥氏体，老化3级，而远离爆口的母材处显微组织不变，但老化程度稍高，为3.5级。35-8管迎风侧母材和背风侧母材的显微组织均为奥氏体，迎风侧老化3.5级，而背风侧老化3级，迎风侧老化程度更大。由此可见，管样爆口处的组织老化程度并未显著高于远离爆口母材处，同时爆口管样的组织老化程度也并未明显高于正常管样。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.008.F002图2管样的微观组织形貌2.4拉伸性能ASTM A213/A213M-19a标准规定，Super304H钢的屈服强度、抗拉强度、断后延伸率应分别不小于235 MPa、590 MPa、35.0%。拉伸实验结果显示，35-4管迎风面试样的屈服强度、抗拉强度分别为408 MPa、737 MPa，背风面试样的屈服强度、抗拉强度分别为482 MPa、752 MPa，均满足标准要求。35-4管迎风面、背风面试样的断后延伸率均为34.5%，略低于标准要求。35-6管迎风面试样的屈服强度、抗拉强度分别为490 MPa、752 MPa，背风面试样的屈服强度、抗拉强度分别为491 MPa、750 MPa，均满足标准要求。35-6管迎风面、背风面的断后延伸率分别为30.5%、29.5%，均低于标准要求。35-8管迎风面试样的屈服强度、抗拉强度分别为490 MPa、726 MPa，背风面试样的屈服强度、抗拉强度分别为481 MPa、721 MPa，均满足标准要求。35-8管迎风面、背风面的断后延伸率分别为27.0%、32.5%，低于标准要求。可见，35-4和35-6管的抗拉强度、断后延伸率整体高于35-8管，爆口管样的拉伸性能并未明显低于正常管样。3讨论与分析实验结果表明，对于爆口管样，爆口附近的硬度高于母材，两处硬度值均满足标准要求，而正常管样的硬度值却略高于标准要求。管样爆口处的组织老化程度并未显著高于远离爆口母材处，同时爆口管样的组织老化程度也并未明显高于正常管样。爆口管样的拉伸性能并未低于正常管样，并且爆口管样的抗拉强度和断后延伸率还高于正常管样。可见，爆口处的材料性能与远离爆口的母材相比并未明显下降，同时爆口管样的材料性能与正常管样相比也未发生明显下降，因此可以推断，管样发生爆裂并不是因为管样长期服役后的材料性能劣化所致。而通过外观检查可见，35-4管断口较为平整，呈拉伸状，断口局部位置存在减薄，35-6管断口撕裂严重，存在严重扭曲变形，开裂部位存在壁厚减薄。对减薄区域进一步观察发现，减薄区大都呈平面状，边缘平齐，存在棱角，为典型吹损特征形貌。这种吹损可能来源于以往爆管漏检，管壁减薄后承载能力下降，服役后随着材料性能的降低，减薄管子发生爆裂失效。4结语爆口管样的硬度值符合标准要求，爆口附近的组织老化程度并未高于远处母材，爆口管样的组织老化程度与正常管样相近；爆口管样的拉伸性能并未低于正常管样，其抗拉强度和断后延伸率高于正常管样。爆口的形成主要是因以往爆管漏检，管子存在吹损所致。