锅炉炉膛清洗对新型奥氏体钢焊接接头腐蚀影响研究

尹刚，杨中明，徐龙，朱平

（1.神华浙江国华浙能发电有限公司，浙江宁海315612；2.苏州热工研究院有限公司，江苏苏州215004）

锅炉炉膛清洗对新型奥氏体钢焊接接头腐蚀影响研究

尹刚1，杨中明1，徐龙1，朱平2

（1.神华浙江国华浙能发电有限公司，浙江宁海315612；2.苏州热工研究院有限公司，江苏苏州215004）

国内超超临界机组锅炉受热面高温段采用新型奥氏体不锈钢Super304H和HR3C，机组在停机检修时通常采用消防水对受热面外表面进行清洗。为了检验消防水中Cl-是否会引起新型奥氏体钢焊接接头腐蚀，通过模拟相似条件进行多批次浸蚀试验，对试样进行外观检查、表面渗透、金相检验、电镜扫描等检测与分析，未发现较高浓度Cl-溶液引起Super304H和HR3C不锈钢焊接接头腐蚀现象，为超超临界锅炉炉膛内部采用消防水清洗提供了有力的试验依据。

新型奥氏体不锈钢；焊接接头；浸蚀试验；应力腐蚀；表面局部腐蚀

Super304H和HR3C新型奥氏体不锈钢在超超临界机组中用作过热器和再热器高温段的材料，其高温抗氧化、抗腐蚀、抗蠕变断裂等性能表现出色[1]。但在较高浓度Cl-（氯离子）的环境中，Cl-易引起奥氏体不锈钢产生应力腐蚀和表面局部腐蚀[2]，导致早期失效，影响机组安全运行。本文主要针对超超临界机组停机检修时利用消防水对锅炉受热面外表面清洗操作的情况，进行模拟条件下的Super304H和HR3C新型奥氏体焊接接头腐蚀试验研究，特制备多批Super304H/Super304H，Super304H/HR3C，HR3C/HR3C焊接接头，在20～35℃条件下于不同的介质中进行不同时间的浸蚀试验。

1 试样制备

1.1 水样配制

引起新型奥氏体不锈钢腐蚀的元素主要为介质中的氯离子和氧离子，因此模拟锅炉受热面清洗的水质，选用消防水、灰水（消防水+锅炉灰粉，体积比3∶1）分别进行浸蚀试验，并检测2种水质的Cl-含量，得出消防水（清水）的Cl-含量为10.5 mg/ L，灰水（消防水+灰粉）的Cl-含量为16.5 mg/L。

2种水质中的Cl-含量远远高于新建锅炉化学清洗前水冲洗时对除盐水Cl-含量小于0.2 mg/L的要求[3]。

1.2 试样成分

试样的焊接接头为3种形式：Super304H/ Super304H，HR3C/HR3C，Super304H/HR3C，母材化学成份见表1。

1.3 试样状态

试样采用2段各200 mm的新管焊接而成，4组共12只，其中3只为原始试样，6只为浸蚀5天试样，3只为浸蚀90天试样。接头信息及相应的浸蚀条件见表2和表3，所有试样均处于自由状态。

表1 Super304H、HR3C母材化学成分含量

表2 接头试样基本条件

表3 接头试样编号

2 检验与分析

2.1 试样外观检查

腐蚀易发生在焊接接头的热影响区，但焊缝区域也不能排除，可能发生在管圆周的任何位置，因此借助放大镜和手电筒对每个焊接接头进行宏观目视检查，检查区域包括焊缝、焊缝两侧的热影响区、母材区，未发现宏观裂纹和表面局部腐蚀。

2.2 表面渗透检验

应力腐蚀裂纹和表面局部腐蚀基本在接触腐蚀介质的表面产生[4]，为了准确检验焊接接头表面是否存在裂纹特征，采用PT检测方法逐个检测焊接接头的内、外表面。

2.2.1 接头外表面渗透检查

对全部12只接头的外表面接头以焊缝为中心宽度50 mm的范围进行清洗，然后逐个进行着色、显影、检查。发现消防水中浸蚀编号为X3的接头焊缝出现可疑裂纹点，对可疑区域进行二次着色检查时，原有的可疑现象消失。检查显示：12只不锈钢焊接接头区域外表面渗透检查未发现裂纹特征。

2.2.2 接头内表面渗透检查

将12只接头对称剖开，先对接头内表面以焊缝为中心宽度50 mm的范围进行清洗，然后逐个进行着色、显影、检查。检查显示：12只不锈钢焊接接头区域内表面经渗透检查均未发现裂纹特征。

2.3 金相检验

2.3.1 取样位置

微观取样位置如表4所示。

2.3.2 检验结果

（1）焊缝截面宏观检查：对截取的13只试样进行研磨抛光，为防止实验室条件下的腐蚀溶液对试样造成影响，解剖试样未进行浸蚀，用放大镜对横截面和环截面进行详细检查，未发现裂纹特征和表面腐蚀坑特征。

表4 微观检验取样位置

（2）焊缝截面微观检验：对13只截面试样利用金相显微镜逐个区域进行检查，重点检查内/外表面区域，均未发现应力腐蚀裂纹特征和表面腐蚀坑特征。检查中发现H2靠内壁区域出现深度约20 μm的缺口，如图1所示，经进一步腐蚀抛光检查后，证实是切断后留下的空隙。

图1 H2靠内壁区域出现深度约20 μm的缺口

2.4 电镜扫描

用捷克TESCAN VEGA TS5136XM扫描电子显微镜对13只试样的切截面进行高倍电镜观察，对接头横截面观察接头焊缝、热影响区内/外壁，对环切面重点观察内/外壁区域。采用宏观和1 000高倍率交替观察整个接头区域，环截面整圈全范围扫描。

检查结果显示：W2试样中发现的孔洞是由于原有的夹杂研磨后脱落造成的，如图2所示。13只接头试样截面均未观察到应力腐蚀裂纹和表面腐蚀坑特征，如图3所示。

2.5 分析讨论

应力腐蚀的发生需要同时满足敏感性材质、应力和腐蚀环境3个基本要素。而Super304H和HR3C钢经受焊接热循环，导致部分区域经历高温敏化，使焊接接头区域应力腐蚀敏感性增强。而焊接热循环即使在自由状态下仍然存在焊接残余应力。消防水和灰水作为试验中的腐蚀环境，存在较高浓度的Cl-，且不可避免地溶解了氧离子，因此具备试验中应力腐蚀的3个基本要素。本次试验中Cl-最大浓度为31 mg/L，如图4所示，钢材在该浓度的Cl-介质中裂纹敏感性是比较高的。但在火电机组用钢及介质环境下，应力腐蚀多发生在高温水中，即介质温度对其有很大的影响，Cl-应力腐蚀敏感的临界温度一般在70℃以上[5]，而本次试验中介质的温度未处于腐蚀敏感温度区间。通过从宏观目视观察到微观光学显微镜、电子显微镜高倍观察，且试验中重点观察了经过敏化温度区间的焊接热影响区，均未发现应力腐蚀迹象。

图2 W2试样扫描电镜形貌

图3 H6试样扫描电镜形貌

图4 水中氯离子含量对应力腐蚀破裂的影响

而机组停机检修时消防水冲洗时间较短，仅约12 h。管子使用全寿命时间范围内浸蚀量远远小于试样90天的浸蚀量。冲洗后管壁表面水分在锅炉余热和炉膛负压共同作用下很快蒸干，较高浓度的Cl-腐蚀环境被破坏，腐蚀能力大为降低。冲洗消防水温度接近大气环境温度，新型奥氏体钢表面温度为60℃左右，均低于应力腐蚀敏感区间，因此实际停机消防水冲洗条件下不锈钢管及接头应力腐蚀敏感性比试验条件更低。

3 结论

（1）新型奥氏体不锈钢焊接接头在室温下的不同浸蚀溶液中，最长90天浸蚀时未发现应力腐蚀和表面局部腐蚀特征。

（2）用室温下的消防水冲洗温度不超过60℃的超超临界锅炉受热面管，不会引发新型奥氏体不锈钢焊接接头应力腐蚀和表面局部腐蚀。

[1]唐利萍.超超临界锅炉用钢的发展[J].应用能源技术，2007（10）∶20-21.

[2]李顺华，李鹏云.SUPER304H锅炉钢管局部腐蚀分析及其防护对策[J].热力发电，2011，44（1）∶87-90.

[3]DL/T 794-2012火力发电厂锅炉化学清洗导则[S].北京：中国电力出版社，2012.

[4]郑海生.奥氏体不锈钢晶间腐蚀问题的研究及防止[J].机电工程技术，2004，33（1）∶46-47.

[5]张振杰.奥氏体不锈钢应力腐蚀破裂探讨[J].石油化工腐蚀与防护，2006（2）∶48-50.

（本文编辑：徐晗）

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Study on Influence of Furnace Cleaning on the Corrosion of New-type Austenitic Stainless Steel Welded Joints for Ultra Supercritical Boiler

YIN Gang1，YANG Zhong ming1，XU Long1，ZHU Ping2
（1.Shenhua Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co.，Ltd.，Ninghai Zhejiang 315612，China；2.Suzhou Nuclear Power Research Institute Co.，Ltd.，Suzhou Jiangsu 215004，China）

The new-type austenitic stainless steel Super304H and HR3C have been used in the high-temperature section of the heating surface for domestic ultra supercritical boilers.The outer surface of the heating surface is usually cleaned by fire water during shutdown of the units.In order to test whether the Cl-of fire water can cause stress corrosion of the new-type steel welded joints.Through batches of etch test under simulating similar conditions，the sample has been analyzed by using macroscopic examination，surface penetration，metallographic detection，electron microscope scanning and etc.It is not found that higher concentration Clsolution can cause the corrosion of Super304H or HR3C welded joints.It provides a strong test basis that the furnace internal cleaning by fire water is feasible for ultra supercritical boilers.

new-type austenitic stainless steel；welded joints；etch tests；stress corrosion；local surface corrosion

TK224.9

：B

：1007-1881（2013）10-0047-04

2013-04-11

尹刚（1971-），男，吉林公主岭人，工程硕士，工程师，主要从事锅炉设备检修技术管理工作。