锅炉管断裂失效分析.pdf

记录号：JS-AL-特种设备（锅炉）-054 20锅炉管断裂失效分析 摘要：某同一锅炉发生了较大量的锅炉管断裂现象，并且断裂锅炉管全部处于锅炉外侧两排， 从锅炉的结构来看，该两排锅炉管处在相对工作温度较低的位置。这些锅炉管是采用角焊方 式在锅炉内壁管孔处焊接到锅炉上的，断面位于角焊缝附近距离焊缝约 2～3 毫米的位置。 锅炉管材料牌号为 20 钢，规格：Φ51×3，管内锅炉水介质的温度约 60～70℃。对剖管试 中 样进行材料化学成分分析、断口分析、金相组织分析及硬度检验，结果表明：钢管属于弯曲 疲劳断裂，断裂面位于板孔内角焊缝附近。由于断面位于板孔内角焊缝处，只有当钢管与板 孔之间缝隙较大和钢管存在横方向的振动时，弯曲疲劳应力集中位置才会处在该断面处。 国 关键词：锅炉管；疲劳断裂；角焊缝 材料种类/牌号：碳钢/20钢 概述 应 某同一锅炉发生了较大量的锅炉管断裂现象，并且断裂锅炉管全部处于锅炉外侧两排， 从锅炉的结构来看，该两排锅炉管处在相对工作温度较低的位置。这些锅炉管是采用角焊方 式在锅炉内壁管孔处焊接到锅炉上的，断面位于角焊缝附近距离焊缝约 2～3 毫米的位置。 急 锅炉管材料牌号为 20 钢，规格：Φ51×3，管内锅炉水介质的温度约 60～70℃。 所得试样是从断裂的锅炉管上截取的一段剖管，如图 1，剖管上只含有断面的不到一 半断口。对锅炉管发生断裂的原因进行了分析。 测试过程与结果 分 材料化学成分分析 在断裂件管材上取样进行材料化学成分分析的结果见表 1。表 1 中同时列出了 20 锅炉 析 钢的材料化学成分规范要求。对照看出锅炉管材料的化学成分符合 20 锅炉钢化学成分规范 要求。 表 1 材料化学成分分析结果及国内相应牌号对照（W/%） 网 C Si Mn P S Cr Ni Cu 管材 0.23 0.23 0.49 0.010 0.007 ＜0.10 ＜0.10 0.18 0.17～ 0.17～ 0.35～ 20钢 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.25 ≤0.25 ≤0.25 0.24 0.37 0.65 材料力学性能测试 在送检管材上取样做剖管拉伸试验，拉伸试验结果见表 2，表 2 中同时列出了 20 钢力 学性能的规范要求。结果显示，断裂钢管的材料力学性能符合 20 钢的规范要求。 表 2 材料机械性能试验结果及规范要求 1 抗拉强度Rm(MPa) 下屈服强度Rel(MPa) 断后伸长率A（%） 拉伸-1 465 325 33.5 拉伸-2 465 305 31.0 规范要求 ≥410 ≥245 ≥25