某發電有限責任公司5號爐系上海動力集團生產的一次中間再熱自然循環鍋爐，電負荷為125 MW時，蒸發量為410t/h。至2004年12月10日，5號機組運行約5萬小時，鍋爐末級再熱器管發生泄漏失效，左數第25片屏內圈廠家制造焊口斷裂，第24、25、26、27片屏U型彎上方1600 mm處部分直管段10處泄漏，另有18處管壁減薄，斷裂焊縫距下彎頭700 mm左右，距上定位板70 mm左右。對失效現場進行了查勘，并取樣進行了化學元素分析、機械性能試驗、金相分析及斷口掃描電鏡觀察，對失效原因進行了分析。
1、試樣與方法
1.1試樣
取開裂泄漏附近處的管段作為試樣，進行拉伸試驗，金相試驗及斷口掃描電鏡分析。
1.2實驗方法
在DLY-30型液壓萬能材料試驗機上進行拉伸實驗，試樣尺寸為300mmx20mm。
金相組織由LEC0500大型金相分析儀觀察。
顯微硬度用MH-6顯微硬度計測量。載荷為200 g，保載時間為15 s。
斷口形貌由KYKY2800掃描電鏡觀察。
2、試驗內容及結果
2.1宏觀檢查結果
泄漏處末級再熱器管設計材質為鋼102(12Cr2MoWVTiB)，規格為∮63x75 mm與∮63x45 mm對接接頭，屬同外徑不同壁厚對接接頭，為保證對口厚度一致，對壁厚較大的一側進行了內鏜孔，鏜至∮63x4.5 mm。斷口沿焊縫熱影響區裂開，斷面十分整齊。泄漏處管子及彎頭宏觀無明顯變形，內外壁氧化不嚴重，無明顯氧化皮，管徑無明顯脹粗，管壁無明顯減薄。
厚壁(∮63x7.5)側有一由于機械加工造成的退刀槽，由內向坡口處以450方向呈螺旋線延伸，最深處在坡口邊緣，長約30mm，最深處約0.5 mm。
斷口上明顯可見整圈焊縫不均勻，退刀槽處外壁的焊縫有明顯的寬度變化，而焊縫內表面有較大的焊瘤，較其他部位高出約2 mm。斷口上明顯可見多處未熔合。
2.2化學元素分析
在開裂泄漏的焊縫附近管段取樣，進行化學元素分析。試驗結果如表l所示。
由表1可見，試樣的化學元素成分除Si的含量稍低外，其余符合GB5130-95《高壓鍋爐用無縫鋼管》標準的要求。
2.3機械性能檢驗結果
取開裂泄漏附近處的管段作為試樣，進行拉伸試驗，測定材質的強度和延伸率，具體數據如表2、表3所示。
由表2、表3數據可見，母材的抗拉強度符合GB5130-95《高壓鍋爐用無縫鋼管》標準要求。
2.4金相分析結果
2.4.1試樣
在泄漏管上共取4處試樣進行金相分析。試樣1為離泄漏位置250mm處∮63x4.5 mm側管段橫截面試樣，試樣2為離泄漏位置200 mm處∮63x7.5 mm側管段橫截面試樣，試樣3為泄漏焊口∮63x4.5 mm側縱截面試樣，試樣4為∮63x7.5 mm側管段退刀槽處縱截面試樣。
分析結果認為，試樣1～4的金相組織均為回火貝氏體，組織正常，見圖1～4。
2.5顯微硬度測量
取末級再熱器管試樣，測量顯微硬度值，位置為金相分析的試樣1、試樣2等兩處。顯微硬度值見表4。
由表4數據可知，管材顯微硬度符合標準要求。
2.6．斷口掃描電鏡分析
取泄漏末級再熱器斷裂管的斷口進行電鏡掃描分析，可見裂紋起源于退刀處未熔合，從內壁起裂，向外壁擴展。斷口上可見沿穿晶型二次裂紋，為沿晶脆性斷口，見圖5～8。
3試驗結果分析
3:1宏觀檢查結果
(1)斷裂是在垂直于最大拉應力方向發生的，斷口表面無宏觀的塑性變形，為脆性斷口。
(2)末級再熱器管開裂于退刀槽處的未熔合處，從宏觀檢查可知開裂位置焊接質量不良，存在未熔合等缺陷。
(3)化學元素分析、機械性能試驗結果表明管材化學成分、抗拉強度符合GB5130標準要求。
(4)金相分析結果表明，金相組織為回火貝氏體，屬于鋼102原材料典型正常組織，顯微硬度值符合要求，原材料母材、焊縫及熱影響區組織正常。
3.2斷口的掃描電鏡觀察結果
(1)開裂末級再熱器管裂紋起源于退刀槽處未熔合，正是處于應力集中處，并且存在焊接未熔合缺陷。
(2)末級再熱器管斷口上可見二次沿晶裂紋，屬典型脆性斷口。
以上分析結果表明：末級再熱器管開裂泄漏是由于焊接質量不良，存在未熔合焊接缺陷，成為裂紋源，加上退刀槽處應力集中，在此處萌生裂紋，裂紋沿未熔合區擴展，加之焊縫熱影響區力學性能相對薄弱，最終裂紋沿熱影響區發展，導致斷裂而泄漏。
