本站小編為你精心準備了蒸發器支撐板異常斷裂的失效參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《機械工程材料雜志》2014年第五期

1理化檢驗與結果

1．1宏觀形貌支撐板發生斷裂的位置如圖1（a）所示。整個支撐板已嚴重腐蝕開裂，表面附有黃色和綠色結垢物，而蒸汽管無任何失效現象，如圖1（b）所示。蒸發器所處鍋爐爐壁表面有大量涂層脫落現象，這里選取兩個典型的失效試樣（A和B）進行深入分析和研究，以確定失效的原因。由圖2可見，A的正面和背面沉積有綠色和黃色附著物，這些附著物呈層狀剝離，這是典型的由高溫氧化引起的基體表面脫落失效，且部分附著物已完全脫落，露出了發黑的基材，說明該試樣經歷過嚴重的超溫過熱現象。經確認，該附著物主要來源于鍋爐爐壁內表面脫落的涂層。B的基體表面發黑，出現分層開裂，如圖3（a～b）所示。利用三維體視顯微鏡可觀察到表面層狀剝離的形貌，如圖3（c），以及表面階梯狀形貌，如圖3（d～e），圖3（e）顯示了試樣表面不同位置的高度分布，顏色的不同代表高度的差異，由此可見試樣B的表面高度呈典型的階梯斷層分布，這是不同位置的基體材料因高溫氧化程度不同而引起剝離的時間有先后所致，表明試樣B存在高溫氧化腐蝕的現象。

1．2化學成分采用火花直讀光譜法（OES）對失效支撐板進行化學成分分析，測試結果如表1所示。結果表明，支撐板材料成分符合美國牌號為S31008［15］（即310S［15］特種不銹鋼）的標準要求。

1．3顯微組織由圖4可見，失效支撐板的基體為奧氏體，其上分布著暗黑色鐵素體，少量黑色物為表面晶體氧化的結果，基本符合310S不銹鋼的顯微組織特征。

1．4SEM形貌及EDS譜采用掃描電鏡（SEM）和能譜儀（EDS）對B的微觀形貌及微區成分進行分析。與基材相比，試樣B的腐蝕層顏色明顯偏暗、結構疏松，并可觀察到層狀剝離形貌，如圖5（a～b）所示。對圖5（a）的位置1進行微區成分分析，結果（表2）顯示腐蝕層含有很高的氧元素，遠高于內部未腐蝕基體材料中的。因此可斷定該支撐板的失效是由高溫氧化腐蝕引起的。此外，由表2還可以看出，由基體材料內部至外層（e點→a點），鐵元素和鎳元素的含量均逐漸減少，鉻元素逐漸增加。說明在高溫氧化腐蝕過程中，鉻原子向外層擴散的速度相對較快，與氧形成了疏松的氧化層而脫落，鐵和鎳的富集層在鉻層之下。尖晶石（FeCr2O4／NiCr2O4）；在b點和c點均檢出了較高含量的硫元素，尤其是c點，硫的質量分數高達16．2％。由于在廢水中未發現硫，故推測硫是因運行前清理不干凈而殘留在裝置中的。圖5（c）為位置2的SEM形貌，同樣在腐蝕層中檢測到了高含量的氧元素，如表3所示，這再次證明該腐蝕主要為高溫氧化的結果。由圖6（a）可見，腐蝕表面凹凸不平、形狀不規則，并分布有大量裂紋；將其進一步放大，可見表面上有熔融后再凝固的形貌，如圖6（b）所示，該形貌并非310S不銹鋼的顯微形貌特征。由此斷定，該支撐板在運行過程中曾經歷過超溫環境，在運行過程中支撐板局部區域可能存在短時超高溫的過熱工況，從而出現了高溫熔融失效的顯微形貌。由圖6（c～d）可見，試樣B表面出現了大量裂紋，這是高溫氧化腐蝕引起表面層脫落的失效特征。利用EDS對圖6中a，b，c三個不同位置進行表面成分分析，結果如表4所示，可見，表面成分以金屬氧化物為主，這再次證明了該失效為高溫氧化腐蝕的結果。

1．5硬度利用Znick全洛氏硬度試驗機測得支撐板的硬度為94HRB，符合ASTM對310S不銹鋼的硬度值要求（不大于95HRB）。

1．6廢水成分采用氣質聯用質譜儀（GC－MS）對廢水成分進行了測定，結果見圖7，這表明該廢水以乙酸等小分子有機物為主，與廠方提供的信息（表5）基本吻合。綜上所述，失效支撐板材料符合ASTM－S31008標準的310S耐高溫不銹鋼，選材符合設計要求。文獻顯示［16］，310S不銹鋼具有良好的抗氧化性、耐腐蝕性和耐高溫性，可以長期在1100℃的高溫下安全運行。但為何在本裝置工況條件（殼程設計溫度為950℃）下發生了如此嚴重的失效現象？究其原因，是因為該失效支撐板在運行過程中可能存在短時超溫現象，從而導致310S不銹鋼發生高溫氧化腐蝕。

2支撐板的失效原因

失效支撐板的基材外觀發黑，呈層狀剝離，表現出了典型的高溫氧化腐蝕特征。失效件的微觀形貌和微區成分進一步證明了這一論斷。與廠方交流后獲悉該系統在運行過程中確實存在過短時超溫現象。 基體中的鐵、鉻、鎳等在高溫煙氣環境中被腐蝕氧化，鉻原子向外擴散與氧形成了Cr2O3，鐵和鎳的富集層在鉻層之下，形成了疏松的Fe3O4、Fe2O3及氧化鎳等產物。這些氧化產物與基材的熱膨脹系數不同，在外界溫度發生變化時會發生分層、開裂，并逐層脫落，腐蝕到一定深度后產生斷裂。金屬在高溫環境中的性能和壽命會隨溫度的升高而降低，支撐板上的表面結垢物阻礙了局部區域熱量的及時散出，延長了超溫過熱時間，這也是加速支撐板發生高溫氧化腐蝕進程、縮短使用壽命的另一重要因素。

3結論與建議

支撐板在工作過程中因形成短時超溫導致的高溫氧化腐蝕是其發生斷裂的主要原因，支撐板上的結垢物阻止了局部區域熱量的及時散出，延長了超溫過熱時間，從而加速其發生高溫腐蝕的進程，縮短了使用壽命。建議采取如下措施：（1）按照操作規程和設計規定，嚴格控制蒸發器的使用溫度，避免出現短時超溫過熱現象的發生；（2）若超溫現象不可避免，建議選用陶瓷纖維增強陶瓷基復合材料作為支撐板材質，替換現使用的耐高溫310S不銹鋼；（3）310S不銹鋼表面可以均勻噴涂耐高溫、導熱型陶瓷層，如TiB2、MoSi2等，以防止支撐板表面結垢，提高支撐板的耐高溫抗氧化能力。

作者：馬越躍楊宇清湯陳懷王勝輝胡詩萌楊振國單位：復旦大學材料科學系上海市特種設備監督檢驗技術研究院