察。向火面内层蚀坑区域脱碳明显，
珠光体球化较严重，裂纹沿晶界发
展，如图4和图5所示。
蚀 产物分瓶
为了解水冷壁管内
表
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面结垢及
垢下腐蚀产物类型，利用X一射线衍
射方法对水冷壁管内表面的黑色垢
及红褐色产物进行分析。分析结果
表明：黑色垢为F O 、F，O ，红褐色
产物为CaSiO4、F304、F203。见图6、
图7。
2植 。
图6 内壁积垢的x射线分析
20,。
图7 红褐色腐蚀产物的X射线分析
综合分析 坏口了] I
从宏观分析结果看，水冷壁管
破口位于向火面，并且向火面存在
许多腐蚀坑，局部管壁减薄严重，内
壁有大量积垢。从垢块的外观看，黑
色垢块较为致密且很脆，局部垢层
表面有红褐色腐蚀产物。从宏观特
征看，是典型的垢下腐蚀。
从破 口显微组织看，向火面内
层蚀坑区域脱碳明显，珠光体球化
较严重，裂纹沿晶界发展，腐蚀坑较
深的地方更为突出，沿其周向离破
口越远程度越轻。由此判定裂纹为
垢下氢腐蚀所致。
水冷壁的垢下腐蚀主要是电化
学腐蚀，从形态上看以局部腐蚀为
主要特征。向火面垢下腐蚀速度较
快的主要原因是向火面和背火面存
在温差，温差对电化学腐蚀有影
响。
水冷壁管是在高温高压下工作
的，在温度高于 350~C时，水蒸汽与
铁元素接触发生如下反应：
4H，O+3Fe=Fe O +8【H】 (1)
正常情况下，反应后生成的[H】
将被循环的水、水蒸汽带走，不会被
留下渗透到水冷壁管材中。如[H】不
能很快被水、水蒸汽带走，而留下就
会造成水冷壁管氢腐蚀。氢腐蚀是
一 种脱碳过程。在水冷壁管内表面，
氢原子通过晶格和晶界向钢材内扩
散，这些固溶于钢中的氢和钢中的
碳发生如下化学反应：
Fe C+4[H]=3Fe+CH (2)
C+4[H]：CH (3)
上述所有反应均生成甲烷 CH 。
甲烷在钢中的扩散能力很低，极易
聚集在晶界原有的微观空隙内，随
着反应不断进行，晶界上的甲烷量
不断积聚增多与原先氢原子所占的
容积相比，甲烷的分子很大，无法在
钢中扩散，在晶粒间产生巨大的局部
内压力，其数值可达 1．8×l04MPa，
于是沿晶界生成晶间裂纹，进而产
生微裂纹，使钢的性能急剧降低。随
氢腐蚀的进行，钢管内壁脱碳现象
也逐渐增强。
图8是氢介质中碳钢使用界限
的Ne1son曲线。曲线下部为钢材使
Techn
技
。
I 技术【}j H__
用安全区。在一定的氢分压及温度
下，低于图中曲线的使用温度氢腐
蚀不会发生。由于垢的传热系数仅
为钢管的 1％200～1％400，因而
积垢将造成局部管壁热负荷增高，
而管壁热负荷的增高又加速了氧化
铁垢的形成，如此循环反复，致使
局部管壁温度急剧增高而达到氢损
伤的条件。所以说，水冷壁管某些
部分结垢较严重，是产生氢腐蚀的
根本原因。
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图8氢介质中碳钢使用界限的Nelson曲线
从所分析的炉管看，向火面结
垢严重、积垢一方面造成了严重的
垢下腐蚀，另一方面也造成了氢腐
蚀产生的条件。氢腐蚀裂纹加速了
垢下腐蚀减薄的速度，局部承载能
力大为降低，致使在运行中产生破
口泄漏。
结论
(1)水冷壁管向火面结垢严重
造成垢下腐蚀，也造成了氢腐蚀产
生的条件。
(2)水冷壁管内壁某些部位由
于氢腐蚀而产生了较多的微裂纹。
(3)水冷壁管爆管泄漏失效的
原因是由垢下腐蚀减薄和氢腐蚀共
同作用造成的。
(作者单位：大连市锅炉压力容
器检验研究所)圃
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