退火爐廠家分析某退火爐輻射管裂開的原因及建議

?　　據知，輻射管是連續退火爐內重要的部件，燃燒火焰在管道內以輻射的形式對管壁和爐內退火板帶進行加熱。在工作過程中，長時處于高溫環境中的輻射管會因局部在長時間高溫灼燒和氧化及熱應力而發生破壞。

　　某廠用于連續退火爐加熱的W型輻射管在應用到接近設計壽命時，因在距噴嘴1.34m處管壁發生了貫穿型周向裂開而失效，服役過程中該輻射管內介質為混合煤氣，內表面溫度高于1000℃，輻射管材料為HP40鋼，熱處理態為調質態。為找出該輻射管裂開的原因，退火爐廠家技術對其進行了失效分析，并提出相應的防范措施：

　　一、裂開原因分析：

　　技術人員進行了檢驗后得出∶失效輻射管的化學成分符合標準要求;外壁側和壁厚中心顯微組織正常，為奧氏體和共晶碳化物，但內壁側氧化嚴重。內壁側共晶碳化物中金屬元素的質量分數相比外壁側的明顯下降，這表明表明晶界處生成了碳鉻化合物。在服役過程中碳化物的析出導致晶界粗化、材料變脆及強度下降，晶界產生滑動而形成孔洞。

　　這些孔洞長大連接便形成裂紋，裂紋在蠕變作用下沿晶擴展。一般氧化初期在金屬表面形成的氧化膜較薄，易發生塑性變形，且與金屬基體結合較牢，氧化膜對基體具有保護性。

　　隨著氧化時間的延長，氧化膜不斷增厚，塑性變形變得相當困難，此時氧化膜仍要與金屬保持牢靠的結合，其內部定然發生較大的應力。

　　當應力高過氧化膜的強度后，孔隙和孔洞便在氧化膜中形成，從而加速了裂紋合并及生長。此外，高溫環境下輻射管發生嚴重的蠕變變形，在變形過程中輻射管中產生較大的應力，在應力作用下裂紋加速擴展并終會導致輻射管失效。該輻射管長期處于高溫靜載環境中，其抗拉強度和屈服強度均明顯降低。

　　退火爐廠家根據受力分析計算得到的理論破裂處與實際裂開位置相近；同時該處位于高溫區，高溫氧化腐蝕使得該處管壁嚴重減薄，承載能力大幅降低，材料組織退化，管壁在應力作用下于應力集中處發生開裂。

　　二、結論及建議：

　?。?）高溫蠕變和高溫氧化腐蝕共同作用導致連續退火爐輻射管失效。在低應力和高溫作用下，晶界滑移形成的孔隙長大并連通形成裂紋。同時，氧化膜破裂形成的孔隙加速了裂紋的合并和擴展。在蠕變應力作用下，裂紋加速擴展，終導致了輻射管失效；在高溫環境下，裂紋集中在輻射管內壁，導致輻射管長期使用后嚴重開裂，高溫環境下裂紋集中，輻射管的應力顯明降低。

　?。?）退火爐廠家建議選用抗氧化、抗高溫蠕變能力越強的含鈮耐熱鋼；在噴嘴處管段上方添加懸吊裝置或支撐組件，以降低輻射爐管的變曲程度。