锅炉水冷壁管表面缺陷原因.doc

锅炉水冷壁管表面缺陷分析13-14学年短学期综合实验B汇报人： 蒋 俊 12010313 指导老师：晏井利 2013/9/11锅炉水冷壁管表面缺陷分析材料科学与工程学院 东南大学 南京 蒋俊12010313摘要：针对扬子石化烯烃厂某锅炉水冷壁向火侧外表面出现坑状缺陷现象，采用宏观检验、力学性能检测、金相检验、成分分析等方法对此锅炉水冷壁管所出现缺陷的原因进行了分析。结果表明水冷壁管向火面缺陷是由于外力造成的。关键字：水冷壁管 表面缺陷 向火面 外力一 研究目的：扬子石化烯烃厂某锅炉水冷壁管在点火运行过程中其向火一侧炉管表面出现多处坑状缺陷现象。该批炉管材质为20G，为膜式横向三排结构，锅炉运行时间约1万小时以上。为了查明水冷壁管向火侧出现缺陷原因，对典型的缺陷管段采取割管，进行取样分析和检验；在查明缺陷原因的基础上，寻求改进措施和解决方案。二 水冷壁管简介水冷壁管：水冷壁管是锅炉的主要受热部分，敷设在锅炉炉膛四周，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部为流动的水或蒸汽，作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量，在管内产生蒸汽或热水，并降低炉墙温度，保护炉墙。在大容量锅炉中，炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大。锅炉中有4050%甚至更多的热量由水冷壁所吸收。除少数小容量锅炉外，现代的水管锅炉均以水冷壁作为锅炉中最主要的蒸发受热面。三 炉管缺陷原因预测根据对所查找的资料和有关失效分析的案例，初步对炉管向火面表面出现缺陷的可能原因进行了预测，分别为应力断裂、腐蚀、疲劳、磨损、质量控制失误（含外力影响）等五种主要失效形式。3.1 应力断裂应力断裂分为：高温蠕变、短期过热、石墨化。3.1.1 高温蠕变锅炉受热面管在正常的设计温度和压力下运行，其使用寿命能达 1015 万小时以上。但如果管壁温度长期处于设计温度以上而低于材料的下临界温度，则会发生碳化物球化，管壁氧化减薄，持久强度下降，蠕变速度加快，直至最终爆管。管子的使用寿命便短于设计寿命，超温程度越高，寿命越短。主要发生在高温过热器管、高温再热器管，但在不正常的运行状态下，在低温过热器、再热器、水冷壁的向火侧均可发生高温蠕变。（1）失效的机理受热面管在高温下运行时所受的应力主要是由过热蒸汽内压力所造成的对管子的切向应力。在这种应力的作用下，使管径发生胀粗。当过热器管在正常的设计应力作用下并于额定温度下运行时，管子以相当于 10P-7P毫米时速度数量级的蠕变速度发生管子正常的径向蠕变。当管子由于超温而长期过热时，由于运行温度提高，既使管子所受应力不变，管子也会以加快了的蠕变速度而发生管径胀粗。蠕变速度的加快程度与超温的温度的水平有关。随着超温幅度的提高，蠕变速度也会增加。于是，随着超温运行时间的增加，管径就越胀越大，慢慢地在各处产生晶间裂纹；晶间裂纹的继续积聚并扩大就成为宏观轴向裂纹，最后以比正常温度正常压力下小得多的运行时间而开裂爆管。蠕变晶间裂纹沿晶界发展，所以都是弯弯曲曲的。正因为长期过热爆管的破口是由这些弯弯曲曲的晶间裂纹发展而成，因而破口断裂面呈现出粗糙而不平整、边缘是钝边的宏观形貌。在受热面管应力的最高处既弯头部位，晶粒因出现了滑移层而变长了，在高温的作用下产生再结晶，同时晶粒之间发生了相对位移，在蠕变的过程中，塑性变形与再结晶交替出现，晶粒之间不断的相对位移，就在晶粒的交界处产生了蠕变孔洞，随着运行时间的增加，蠕变孔洞逐渐聚集长大，形成晶间蠕变微裂纹，在继续的蠕变过程中，蠕变裂纹逐步发展成为宏观裂纹，因此在破口（破口也是裂纹之一）附近常常有为数众多的轴向裂纹。这种裂纹很象一些老树的树皮，从它们的形象可以使人想象到这些过热器管在长期过热时的高温和应力作用下，慢慢地耗净了“变形能力”而“衰老”，直到爆破为止的过程。相应的机械性能、合金元素的分配、剩余寿命等也随着相应的变化， （3） 失效的特征宏观特征：缺陷处管径胀粗，外壁有较厚的氧化皮，内外壁有纵向裂纹。组织性能特征：高温高压运行过程中，主要是珠光体形态的变化，珠光体由片状变成球状，碳化物在晶界聚集长大，球化级别的增加。碳化物向晶界偏聚，合金元素由固溶体向碳化物转移，在晶界上有蠕变孔洞，材料的强度、断裂韧性、塑性降低。3.1.2 短时过热锅炉受热面管在运行过程中，由于冷却条件的恶化等原因，使管壁温度急剧上升。（1） 失效的机理短时过热失效是锅炉水冷壁的温度在短时间内突然上升很高，有时达到了该管钢材的下临界点，甚至达到了上临界点以上的温度，管子在这样高的温度下运行，其抗拉强度在很短的时间内将会急剧下降，此时，在介质压力作用下，受热面管中温度最高的向火侧首先产生塑性变形。2） 失效的特征宏观特征：炉管胀粗不大，发生弯曲变形，外壁氧化不明显。组织性能特征：金相组织根据过热温度的不同，常是淬硬组织或铁素体加淬硬组织，钢的强度大幅度下降。3.2 腐蚀3.2.1 高温腐蚀由沉积物中的非硅酸盐杂质的化学过程所引起的一种炉管金属损耗。通常发生在过热器和再热器的向火侧外表面，在水冷壁蒸发高温段和液态排渣炉的水冷壁烟气侧外壁也会发生高温腐蚀，表现为高温硫腐蚀和高温氯化氢腐蚀。发生腐蚀的根源在于燃烧过程，燃料、燃烧器和炉膛的特征量对发生腐蚀及其发展有着重要的影响。（1） 失效机理以水冷壁的硫腐蚀为例，高温腐蚀通常发生在水冷壁外表面燃烧口区域，该区域存在还原性气氛，能使原子状态的硫单独存在。常发生在在液态排渣的锅炉上，燃用含硫量高的煤粉。自由硫原子的产生：FeS2 FeS+S 2H2S + SO2 2H2O +3S Fe+ S FeS形成氧化铁： 3FeS+5O2 Fe3O4 + SO2（2） 失效特征宏观特征：腐蚀沿向火侧局部浸入，呈鼠啃坑穴状、麻点或浅沟槽。腐蚀区表面的覆盖层较厚，分为四层，第一层为积灰，第二层为疏松积灰和氧化铁的混合物，第三层为Fe2O3红色层，第四层为有黑色光泽的硬垢Fe3O4，第一、第二层在运行中容易脱落，第四与金属机体结合较牢固。微观特征：一般是分层减薄，而整体组织没有明显的变化，在腐蚀前沿的金属表面可能发生晶界腐蚀。经能谱分析可发现在氧化物的基体上分布着富硫的粒状物，第四层覆盖物和金属的交界处富集硫。 3.2.2 低温腐蚀常出现在空气预热器的冷端以及给水温度低的省煤器表面，一般总是伴随着发生严重的堵灰现象。（1）失效机理煤中硫燃烧后生成的二氧化硫与烟气中水蒸气结合形成硫酸蒸汽，凝结在温度低于烟气露点温度的金属表面上导致发生腐蚀。（2）失效特征受热面发生大面积溃蚀性腐蚀。腐蚀最严重的区域在水蒸汽凝结温度附近，（低酸浓度腐蚀区）；酸露点以下 1040区域（高酸浓度腐蚀区）。3.2.3 氧腐蚀氧腐蚀为锅炉管在水溶液中氧去极化的电化学腐蚀。（1）失效机理当除氧器运行不正常，有可能使给水中的溶解氧带入锅炉内，锅炉的水冷壁管通常不发生氧腐蚀，因为氧集中在汽泡中，不易到达金属表面。锅炉在基建和停用期间，如没有采取适当的保护措施，就会发生氧腐蚀。点蚀是通过氧的腐蚀过程的进行逐渐形成腐蚀坑（闭塞电池）而后加速腐蚀的，氧还起极化作用，清除阴极产生的氢，蚀坑的进一步发展可能诱导出疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹。运行中，氧腐蚀产物为磁性氧化铁（Fe3O4），呈黑色，与金属结合牢固，停炉时，氧腐蚀的产物为砖红色的氧化铁（Fe2O3），结构疏松。（2）失效特征宏观特征：管子内壁发生溃疡，点状、坑状腐蚀坑造成管壁减薄。裂纹萌生于内壁蒸汽侧，在腐蚀区没有过热现象，基本上没有结垢。在弯头内壁的中性面附近易产生腐蚀坑，弯头的椭圆度大、应力集中，腐蚀坑沿轴向发展，可能诱发腐蚀裂纹。组织性能特征：组织和性能均没有变化。3.2.4 垢下腐蚀当锅炉内受热面管子的内表面附有水垢时，在其下面会发生严重的腐蚀，也是最常见的一种腐蚀，通常发生在向火侧器壁上，在正常的运行条件下，金属表面在高温锅炉水中形成一层Fe3O4膜，膜是致密的，具有良好的保护性能，受热面管可以不遭到腐蚀，但是如果锅炉水的PH值不合适，会使膜遭到破坏，金属表面暴露在炉水中，受到腐蚀，在一般的运行条件下，锅炉水PH值保持 9-11 之间，保护膜是稳定的，不会发生腐蚀，但当受热面管内壁有水垢时，由于垢的传热性很差，垢下金属管壁的温度升高，渗到垢下面的锅炉水会发生急剧蒸浓，炉水的高度浓缩，而且不能和炉管中的炉水混合，具有很强的侵蚀性，积垢影响了传热，造成管壁的温度大大高于炉水的温度。垢下腐蚀可分为酸性腐蚀和碱性腐蚀，这两种腐蚀常又根据其损伤情况的不同，分别称为氢损伤和苛性腐蚀。（1）氢损伤氢损伤是一种氢腐蚀，汽水与金属氧化反应产生的氢气未被及时排走，就溶入钢中造成氢损伤。a 失效机理氢腐蚀是一种不可逆的脆性，当氢进入钢，在温度的作用下组织内部成分发生变化，致使钢内部脱碳并造成裂纹，此时使钢脱氢，也不能使钢的性能恢复。在高温（高于 400）下，蒸汽与钢管中的铁元素接触时，会发生如下反应：4H2O+ 3Fe Fe3O4 + 8H水垢下面生成的 H 受到沉积物的阻碍，无法扩散到汽水混合物区，使金属管壁与水垢之间积聚了大量的氢，此时产生的氢不能马上被汽水带走，于是溶于钢中，氢分子和钢中的渗碳体发生反应:2H2 + Fe3C 3Fe + CH4氢分子和钢中的游离碳发生反应：2H2 + C CH4氢原子和钢中的碳发生反应：4H + C CH4CH4体积大得多，它在晶粒内产生巨大的内应力，同时Fe3C变成Fe后，体积缩小，结构松弛，强度降低，所有的反应均生成CH4，积聚多时，产生很大的内应力而使内部造成微裂纹。在汽水压力作用下就发生爆破。b 失效特征宏观特征：缺陷处没有宏观塑性变形和管径胀粗现象，断口为脆性断裂平断口，称为“窗形开口”。往往发生于向火侧，裂纹由内壁萌生，管壁没有明显减薄，破坏一般很快。内壁有比较致密的沉积物，与金属结合的较牢固，垢下腐蚀坑壁有轴向裂纹。组织性能特征：腐蚀前沿裂纹表面附近的金属发生脱碳和晶间微裂纹，碳化物多数或全部消失，剩下的主要是铁素体晶粒，假若裂纹不与外界相通，裂纹表面很干净，腐蚀严重时，脱碳和微裂纹的深度接近壁厚。腐蚀裂纹区经能谱分析氢的含量明显升高。缺陷附近的强度急剧下降，同时塑性降低。（2）碱性腐蚀如果炉水中有游离的NaOH，在垢下会因炉水浓缩而形成高浓度的OH-，发生碱性腐蚀。一般发生在水冷壁高热辐射的燃烧器标高位置。a 失效机理当炉水 PH 值高（PH12）时，管内壁保护膜被破坏，使金属很快腐蚀。当氢氧化钠浓度达到 10ppm-20ppm，加剧腐蚀，铁和水的反应速度急剧增加。阳极 Fe - 2e Fe2+ 阴极 2H+ + 2e H2阴极反应不是发生在垢下，而是发生在没有垢的背火侧，生成的H2没有阻拦，很快进入汽水混合物被带走，所以不发生钢的脱碳现象，只是在垢下形成一个个腐蚀坑。b 失效特征宏观特征：塑性失效，盐垢为多孔沉积物，与金属结合较弱，垢下腐蚀为坑穴状，均匀腐蚀，管壁减薄。组织性能特征：腐蚀前沿金属不发生脱碳，金属组织和机械性能没有变化，金属有损耗，但材质没有变化。3.2.5晶间腐蚀和应力腐蚀晶间腐蚀和应力腐蚀开裂通常发生在高参数锅炉用奥氏体钢。（1） 失效机理高温过热器和再热器工作在容易使奥氏体钢遭受晶间腐蚀的温度范围。管排整体消应力热处理，使钢材处于敏化状态，加大晶间腐蚀敏感性。而钢管又在高温、高压和腐蚀介质中工作，管材会发生变化，随着运行（或超温），晶界逐渐有碳化物析出，合金元素从固溶体向碳化物迁移，晶界附近固溶体中合金含量降低，碳化物逐渐聚集长大，在局部形成链状碳化物，造成晶界贫铬，逐渐形成晶间腐蚀。由于奥氏体不锈钢管排存在残余应力、组装应力等，在特定的腐蚀介质环境下如Cl-，就会诱发和加速应力腐蚀破裂的产生和扩展。（2）失效特征宏观特征：脆性断裂，断口周围无塑性变形，断口呈颗粒状，厚边缘裂纹，裂纹从蚀坑处萌生，易发生在应力较高的部位如弯头、焊缝和其它冷加工区。裂纹的取向与应力方向有关。组织特征：晶间腐蚀裂纹是沿着或紧靠金属晶粒边界发生腐蚀，应力腐蚀裂纹形貌为树枝状分叉，裂缝中不形成坚固的腐蚀产物。3.3疲劳锅炉管的疲劳有水侧腐蚀疲劳、烟气侧腐蚀疲劳和鳍片拉裂。3.3.1.水侧腐蚀疲劳在交变应力和腐蚀介质同时作用下，金属的疲劳强度和疲劳寿命较无腐蚀作用时有所降低，这种现象称为腐蚀疲劳。常发生在水冷壁和省煤器上。(1) 失效机理锅炉的受热面管子的某些部位，由于承受交变应力，在这种热应力作用下产生低周疲劳，同时管子又在腐蚀介质（即炉水）的长期作用下，与水接触的金属表面上的保护膜会被这种交变应力所破坏，特别容易在有缺口（如腐蚀坑）的地方发生电化学不均一性，导致局部腐蚀，优先产生腐蚀裂纹，导致金属的破裂。(2) 失效特征宏观特征：断裂表面有腐蚀痕迹，通常是厚边缘，外壁有氧化皮，裂纹在炉管水侧内壁保护膜的破裂处萌生和长大， 裂纹长大方向与最大主应力方向垂直，裂纹尖端较钝，通常有多条裂纹。组织性能特征：裂纹除了有一条主裂纹外，同时存在多条分支裂纹，裂纹周围有腐蚀产物，强度降低。3.3.2 烟气侧腐蚀疲劳烟气侧腐蚀疲劳常发生在水冷壁和过热器管。(1) 失效机理锅炉管遭受低周（由启停引起的热应力）、中周（由汽膜的反复出现和消失引起的热应力）和高周（由振动引起的）交变应力，烟气侧腐蚀性介质（如硫、碱、矾、氯等）促进了损坏。(2) 失效特征宏观特征：在向火侧产生裂纹，裂纹沿管圆周发展，局部区域往往有很多相互平的疲劳裂纹，由外壁向内壁发展，裂源处熔盐和煤灰沉积。组织性能特征：裂纹短而粗，充满腐蚀产物，走向为穿晶型，裂纹处金属组织球化。3.4 磨损炉管因灰粒高速冲击管壁金属而磨损，磨损最主要的部位是高温段省煤器的烟气入口和出口处，过热器和再热器入口处的弯头，出列的管子，燃烧器附近的水冷壁管也易发生磨损。向火面管磨损机理悬挂在锅炉炉膛和尾部烟道内的受热面，直接受到含尘烟气的冲刷，特别是在易形成烟气走廊的部位和烟气转弯处，受热面管束被冲刷而减薄的趋势更为明显。磨损有飞灰磨损和机械磨损，以飞灰磨损为主，磨损与炉型结构、受热面布置方式、烟气流速、制造安装质量、煤灰特性、烟气含尘浓度等多种因素有关，它主要表现在受热面结构布置或烟气通道被积灰阻塞造成局部流通阻力小，管夹烧损、变形后出现管排散乱、出列，会形成烟气走廊造成局部烟速过大，还有管排错列布置、设计烟速高或运行中采用过大的过剩空气量而使烟速过高等。3.5 质量控制失误（含外力影响）质量控制失误是指制造、安装、运行中由于外界失误等因素所造成的损坏。材质问题在受热面爆漏中最为常见，一方面是人为因素造成的，如在设计中选材不当，制造、安装、检修中工作责任心不强，检查不严，造成错用材质，或材料管理有漏洞，错发钢材等。另一方面是材质本身有缺陷，如在冶炼、轧制、制造、运输、安装或检修过程中，造成机械损伤、有重皮、折叠、裂纹、壁厚不均，以及机械性能和化学成分不合格，或者在使用中设备布置不合适，均会造成向火面管的缺陷或失效。四 实验材料及方法4.1 实验材料和设备4.1.1 实验材料扬子石化烯烃厂某锅炉水冷壁管，其材质为20G,及标准锅炉用钢。对一段管材进行线切割，得到向火面和背火面不同表面状况试件。4.1.2 实验设备M-2T金相试样预磨机、XQ-2金相试样镶嵌机、P-1金相试样抛光机、OLYMPUS金相显微镜、HV-10B型小负荷维氏硬度计及洛式硬度计、直读光谱仪、XRD、拉伸试验机等。4.2 实验工艺流程4.2.1 宏观检查以肉眼检查为主，观察炉管缺陷及完好处的形貌，观察管子磨损、腐蚀、结垢、管壁减薄情况并进行照相，从中发现异常工况及使用不当的各种痕迹。对爆管进行尺寸测量，使用游标卡尺对缺陷尺寸、管壁厚度、管径胀粗、裂纹的长度等进行尺寸测量。4.2.2 垢样化学分析对腐蚀、结垢、结焦较严重的管子取样进行能谱和XRD分析试验，检验腐蚀产物、垢成分、灰成分，确定腐蚀类型等。4.2.3 材料成分分析采用化学方法、光谱分析等手段，鉴定管子的材料成分是否符合要求，必要时做微量有害元素分析或微区电子探针分析。本文的试验采用直读光谱仪对材料进行成分分析。4.2.4 金相分析（1） 在缺陷处和管子的完好部位比较进行金相试验，应重点检查缺陷边缘的组织的形态、分布。（2） 观察组织中是否出现裂纹，分析带小裂纹的试样了解细微结构和裂纹的关系，产生微小裂纹的机理。（3） 缺陷边缘和缺陷金相组织中内是否存在氧化物、夹杂物裂纹，组织中是否有脱碳现象。（4） 观察向火面外表面、内表面和背火面金相组织中的珠光体是否发生球化现象，对照球化评级图判断球化等级，进而分析缺陷原因是否是由于高温等原因造成。（5） 晶粒度、显微组织是否正常。（6） 对于蠕变损伤、腐蚀裂纹、应力断裂、腐蚀疲劳、磨损等类型的失效，采用金相分析方法可直接取得判定缺陷原因的结果。使用金相显微镜，按照 DL/T884-2004火力发电厂金相检验与评定技术规程及 DL/T551-94 低合金耐热钢蠕变孔洞检验技术工艺导则进行试验，对失效管子的微观组织形貌、微观缺陷进行检查。4.2.5 机械性能试验根据管子爆破的特点进行力学性能试验，鉴定机械性能指标。室温拉伸试验在万能拉伸试验机上，按照 GB229-2002金属材料室温拉伸试验方法进行试验，采用标准试样，纵向切取。判定材料的抗拉强度是否符合标准要求。用硬度计对炉管各个部位进行硬度测量，检验管子的硬度下降情况，判断材料的老化状态。五 实验结果讨论与分析5.1 腐蚀管宏观形貌观察与分析锅炉用水冷壁管材质为20G，规格：外径63mm，内径53mm，炉管厚度5mm，为膜式水冷壁结构。图1为锅炉水冷管壁向火面，图2为背火面。对缺陷路管进行检查，发现缺陷处均位于向火侧，外观为不规则凹凸不平的浅坑，图3为缺陷切割试样，可以看出，其外表面凹陷时相应内表面凸出，反之亦然，凹凸不平的变形具有很强的受力后变形的特征。经观察没有在缺陷处发现典型的凿槽型，周围管径没有胀粗，管壁无明显减薄。在内外壁均未观察到由于犁削条纹或裂纹、切片等痕迹， 但在炉管向火面外侧存在不同程度的腐蚀，腐蚀产物未知。炉管内部没有发现水垢等物质，可以基本排除碱腐蚀的可能。 图1 图2图35.2 垢样化学分析炉管内壁垢层与外壁氧化膜的能谱分析结果，如表1所示。表1 内壁垢层和外壁氧化膜能谱分析结果编号能谱分析结果（wt%）内壁垢外层C：0.24，O：8.64，Mg：17.86，P：18.32，Ca：10.79，Ti：0.72；Mn：2.62，Fe：39.78，Zn：1.03中间层C：0.21，O：6.59，Mg：3.53，P：9.94，Ca：10.16，Ti：0.78；Mn：2.13，Fe：64.22，Zn：2.43内层C：0.12，O：4.89，Mg：1.40，Si：0.25，P：2.05，Mn：0.85，Fe：89.11，Zn：1.34外壁氧化膜外层C：0.13，O：4.74，Si：0.41，S：13.01，Ca：6.26，Mn：0.46，Fe：66.62，Ni：4.55，Cu：3.81中间层C：0.13，O：2.61，Si：0.53，S：18.52，Mn：0.67，Fe：65.83，Ni：2.47，Cu：9.24内层C：0.12，O：4.08，Si：0.62，S：6.87，Mn1.10，Fe：86.54，Ni：0.67 ElementWt%At%CK00.2400.68OK08.6418.33MgK17.8624.94PK18.3220.07CaK10.7909.14TiK00.7200.51MnK02.6201.62FeK39.7824.18ZnK01.0300.54管内壁垢层能谱分析结果(外层) ElementWt%At%ElementWt%At%CK00.2100.73CK00.1200.46OK06.5917.23OK04.8914.70MgK03.5306.08MgK01.4002.76PK09.9413.42SiK00.2500.43CaK10.1610.60PK02.0503.18TiK00.7800.68MnK00.8500.75MnK02.1301.62FeK89.1176.73FeK64.2248.08ZnK01.3400.98ZnK02.4301.55内壁垢层能谱分析结果(中间层) 管内壁垢层能谱分析结果(内层) ElementWt%At%ElementWt%At%CK00.1300.48CK00.1300.50OK04.7413.34OK02.6107.58SiK00.4100.66SiK00.5300.88SK13.0118.26SK18.5226.88CaK06.2607.03MnK00.6700.56MnK00.4600.38FeK65.8354.86FeK66.6253.68NiK02.4701.96NiK04.5503.48CuK09.2406.77CuK03.8102.70管外壁氧化膜能谱分析(外层) 管外壁氧化膜能谱分析(中间层) ElementWt%At%CK00.1200.48OK04.0812.26SiK00.6201.06SK06.8710.29MnK01.1000.96FeK86.5474.40NiK00.6700.55外壁氧化膜能谱分析(内层)在炉管内壁表面刮取垢层、向火面一侧外表面刮取氧化皮进行XRD分析，结果如表2所示。表2 内壁垢层和外壁氧化膜XRD分析结果编号XRD分析结果（wt%）内壁表面垢层Fe3O4、Fe2O3、Mg（PO4）2、CaCO3、MgCO3外壁表面氧化膜(向火面)Fe3O4、Fe2O3、CaSO4、CuO、CaCO3管内壁垢层XRD分析结果管外壁氧化膜XRD分析结果因此，由能谱和XRD分析可知：（1) 构成向火面外侧的氧化膜主要元素为Fe、O、S，兼有少量Ca，氧化膜主要的化学组成为Fe3O4、Fe2O3、CaSO3，其腐蚀产物组成显示出高温腐蚀特征，但由于此氧化膜广泛附着在向火面外侧，而坑状缺陷只出现在局部，故不能证明其产生是由于高温腐蚀造成的，但可以证明向火面外侧的氧化膜与高温腐蚀有关。( 2) 锅炉水冷壁管内壁表面垢层的成分主要为Fe3O4、Fe2O3、Mg（PO4）2、CaCO3、MgCO3，未发现大量的Na元素存在，达不到碱腐蚀条件（Na + /PO4 3大于标准值：2. 5 2. 8 ）。5.3 材料成分分析为验证此水冷壁管材料所用20G是否满足国家标准，取水冷壁管上一段，将其内外两侧磨出一厘米左右的平面，利用直读光谱仪对水冷壁管进行成分分析，见表3：表 3 水冷壁管材料部分化学成分与国家标准( 质量分数) %项目CSiMnSPCrNiCuGB5310标准0.17-0.230.17-0.370.35-0.650.0350.0350.250.250.25测量值0.2140.2210.5180.01370.01210.02530.03380.0123由表3可以看出，扬子石化烯烃厂的某锅炉水冷壁管所用材料20G合国家标准要求。5.4 金相分析为进一步明确水冷壁管表面缺陷形成的原因，在水冷壁管上取样进行微观金相分析。为确保实验的合理性，分别观察炉管完好处向火面外表面金相、完好处向火面内表面金相、缺陷处向火面外表面金相、缺陷处内表面金相、背火面内、外表面金相等六处组织形貌。5.4.1 背火面金相组织形貌 图4 完好处 200倍 图5 缺陷处 200倍 图6 完好处 500倍 图7 缺陷处 500倍如上述六图所示，背火面金相组织为铁素体（F）和珠光体（P）区域形态，球化等级1级，未见晶粒异常长大，且完好处和缺陷处相对应的背火面金相组织形貌基本相同。5.4.2 完好处向火面表面组织 图8 向火面外侧 100倍 图9 向火面内侧 100倍 图10 向火面外侧 200倍 图11 向火面内侧 200倍 图12 向火面外侧 500倍 图13 向火面内侧 500倍由上述六图可以看出在炉管完好处的向火面内外表面金相组织形貌同样相差不大，珠光体球化大约为2级，未见晶粒异常长大。5.4.3 缺陷处向火面表面组织 图14 向火面外侧 100倍 图15 向火面内侧 100倍 图16 向火面外侧 200倍 图17 向火面内侧 200倍 图18 向火面外侧 500倍 图19 向火面内侧 500倍由上述六图可以看出在炉管缺陷处向火面内外表面金相组织形貌同完好处基本相同。通过观察水冷壁管六处不同部位的金相组织形貌，可以清楚的看到其组织为铁素体和珠光体，没有发生碳化物在晶界聚集长大的现象，且珠光体的球化等级没有超过3级，未发生严重球化，在晶界上没有蠕变孔洞，基本可以排除高温蠕变造成缺陷的设想，但仍不能完全排除短时过热的影响，需要进行力学实验验证；缺陷表面附近的金属没有发生脱碳和晶间微裂纹，碳化物相对完整，为铁素体和珠光体共同组成区域，故可以排除氢损伤和应力腐蚀；炉管内表面和外表面的金相组织都没有裂纹产生更没有穿晶裂纹，故基本可以排除缺陷是由于金属热疲劳产生的设想；5.5机械性能试验为了进一步确定炉管表面缺陷的形成原因，对其进行力学性能测试。判定材料的抗拉强度等是否符合标准要求。用硬度计对炉管各个部位进行硬度测量，检验管