浙江至德鋼業(yè)有限公司對某火電廠(chǎng)運行8.5萬(wàn)小時(shí)的TP304H不銹鋼管過(guò)熱器管的爆管試樣進(jìn)行金相顯微組織觀(guān)察，掃描電子顯微鏡觀(guān)察，電子探針?lè )治龊停厣渚€(xiàn)衍射分析，結果表明，該TP304H不銹鋼管過(guò)熱器管長(cháng)期過(guò)熱運行導致了顯著(zhù)的σ相析出；析出相中含有較高的硅、鉬、鎳。

 TP304H不銹鋼管是目前高參數鍋爐過(guò)熱器和再熱器管經(jīng)常選用的奧氏體耐熱鋼鋼管之一。該鋼具有高的熱強性和高的抗氧化性，最高使用溫度可達700℃，目前主要用于金屬溫度為600℃的過(guò)熱器和再熱器管。TP304H不銹鋼管在過(guò)熱器和再熱器上的使用，替代了低合金熱強鋼，在一定程度上解決了因爐膛煙氣溫差大而引起的超溫爆管，使鍋爐的安全性明顯提高。但是，由于過(guò)熱器和再熱器工作在易使TP304H不銹鋼管敏化的溫度范圍，特別是在超溫狀態(tài)下運行，容易發(fā)引起合金元素再分配，導致碳化物與σ相析出，使鋼的壽命顯著(zhù)縮短。至德鋼業(yè)主要研究TP304H不銹鋼管過(guò)熱器管爆口處的組織變化和析出相分布特征，確定析出相的類(lèi)型，并分析其對壽命的影響。

一、實(shí)驗方法

 實(shí)驗所用材料取自某火電廠(chǎng)600ＭＷ機組運行8.5萬(wàn)小時(shí)的TP304H不銹鋼管過(guò)熱器管的爆管段，分析所用試樣取自爆口處。制樣時(shí)，采用電解拋光，用王水侵蝕，侵蝕45秒。試樣制備后，在Olympus金相顯微鏡下和Quanta400掃描電鏡下進(jìn)行奧氏體組織形態(tài)特征分析、析出相形態(tài)特征和分布分析，通過(guò)D/max-2500PCX射線(xiàn)衍射儀確定析出相的類(lèi)型，利用JXA8800型能譜儀進(jìn)行基體和析出相中所含元素及其含量的測定和分析；

二、實(shí)驗結果和討論

 1. TP304H不銹鋼管的組織特征

  金相顯微鏡觀(guān)察TP304H不銹鋼管的原始組織和爆口處金相組織結果如圖所示，掃描電子顯微鏡觀(guān)察結果如圖所示。從圖可以看出，運行8.5萬(wàn)小時(shí)發(fā)生爆管后，TP304H不銹鋼管的晶粒比原始組織細小，有明顯的析出組織，說(shuō)明金相組織已產(chǎn)生了顯著(zhù)的變化。從圖可以看到，在基體上已有大量的塊狀析出物和一定量的單個(gè)蠕變孔洞，說(shuō)明TP304H不銹鋼管產(chǎn)生嚴重組織老化和蠕變，由此導致爆管。

 2. X射線(xiàn)衍射結果

   根據X射線(xiàn)衍射數據得到衍射結果，如圖所示。結果表明，圖中的析出相為σ相和碳化物。

 3. 電子探針?lè )治鼋Y果

  電子探針?lè )治雒鎾呙杞Y果如圖所示，點(diǎn)掃描結果如圖所示，基體（點(diǎn)1）和析出相（點(diǎn)2）的成分如表所列，鉻、硅、鉬含量顯著(zhù)增加，而鎳和鐵在析出相中的含量則明顯低于基體。析出物中主要含有鐵、鉻合金元素，鐵的含量大致為50%，基本上不含有鎳或含有很少量的鎳，表明該析出物不是碳化物，而是σ相析出物。由下面的能譜面掃描照片，把每種元素的位置與二次電子像中析出相的位置做一一對比，可以發(fā)現析出相基本由鉻和鐵構成，這進(jìn)一步證明了析出相主要成分為σ相這種鐵、鉻原子大致相等的金屬間化合物。

三、結論

 1. TP304H不銹鋼管在長(cháng)期過(guò)熱條件下運行，σ相沿晶界析出，并不斷聚集長(cháng)大，脆性加強，奧氏體耐熱鋼的組織產(chǎn)生嚴重老化。

 2. σ析出相中硅、鉬含量遠高于基體，說(shuō)明硅、鉬更易向σ相轉移，促進(jìn)σ相形成，而σ析出相中鎳含量則明顯低于基體。

 3. σ相沿晶界析出是引起爆管的根本原因，合金元素的再分配，通過(guò)電子探針?lè )治?，析出碳化物或σ相的試樣，導致沿晶形成鉻的貧化帶，這是產(chǎn)生晶間腐蝕的主要原因。