某新建电厂1号锅炉配300 MW汽轮发电机组，为亚临界压力带一次中间再热自然循环汽包锅炉。采用平衡通风中速磨正压直吹式送粉系统。燃料为烟煤，锅炉以最大连续负荷(MCR)丁况为设计参数，最大连续蒸发量1 025 t/h，过热器、再热器蒸汽出口温度为541℃，给水温度280℃，富通新能源生产销售
生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧
颗�；�、
木屑颗�；�、
秸秆压块机压制的生物质颗粒燃料。
1号锅炉本体安装完毕后进行了水压试验（1.5倍工作压力，即29.745 MPa）。水压试验进行过程中，当压力升至约20 MPa时，寻检人员听到炉内有异常声音，检查发现锅炉前包墙水冷壁变径管有2根发生爆裂，两处爆口形貌特征基本相同，爆口均在小口径侧，呈纵向分布，1号爆口示意图见图1。爆口处小口径管规格为∮42 mmx5.5 mm,大口径管规格为∮5.1mmx6.5 mm，材质均为20钢，包墙设计压力19.2 MPa，自然循环。
1、分析方法
首先对爆口形貌进行宏观观察，再用SMZ-10体视显微镜对断面进行低倍观察分析，用NEOPHOT-32卧式金相显微镜分析管子的微观组织，在WE-10万能试验机上进行常温力学性能试验，并用JSM-840扫描电子显微镜对断口进行了分析，另外还进行了化学成分、压扁和显微硬度试验分析，
2、试验与分析
2.1宏观观察
宏观观察发现：裂纹位于水冷壁管的变径处和细管焊缝之间，沿钢管轴线向粗细两侧延伸，裂纹长约150 mm，内表面裂纹较外表面裂纹略长些，说明裂纹可能是由内向外扩展。
断面清洗干净后，用SMZ-10体视显微镜对断面进行低倍观察，低倍下绝大部分断面呈结晶状，断裂面上靠近变径管内侧有一长约20 mm的窄带，表面附有兰色及红色氧化物，从裂纹的扩展方向来看，水压试验过程中，裂纹正是由此处开始向外快速扩展，最终造成水冷壁管子爆裂。
2.2扫描电镜断口分析
用JSM-840扫描电镜对低倍显微镜下观察到的附有氧化层的窄带进行观察分析。该窄带位于断裂面靠近变径管内侧处，长约20 mm左右，宽约0.45mm，窄带表面有氧化层，此氧化层处即为起裂源，起裂源区形貌见图2(a)所示。
起裂源区氧化层形貌见图2(b)所示。起裂源区有氧化层存在，而氧化层的形成需要时间，所以氧化层的存在表明起裂源区存在有原始缺陷，且可能是某种侵入性缺陷，此内容在金相组织观察中予以论述。对图中氧化层作能谱分析，证明为氧化铁产物。
观察整个断口，在起裂源的前沿有约0.4 mm的塑性变形区，见图3(a)；而整个快速扩展区则为纯解理开裂，为脆性断裂，见图3(b)，证明在当时载荷条件下，管子材料表现出很大的脆性。
为了便于比较，在裂纹扩展前沿制作了人工断口，两种断口交界处微观形貌见图4。可以看出，在不同的载荷条件下，断面快速扩展区f照片左侧）和人工断口区（照片右侧）的断裂方式不同，原断口是在管子存在原始缺陷、加载速度较快的情况下造成的，故裂纹快速扩展区表现为脆性解理开裂，而人工断口区则体现出韧性开裂的特征。
2.3显微组织分析
从断裂的前包墙水冷壁不同部位（包括粗管∮51mmx6.5 mm和细管∮42mmx5.5mm）截取纵向试样，观察其显微组织，见图5所示，水冷壁的金相组织为铁素体十珠光体，部分铁素体呈带状、弯曲状分布，带状组织级别最高为B系列2级。该种组织形态与水冷壁管受外力作用产生塑性变形，与内部的晶粒形态发生变化有关，受拉应力时，晶粒被拉长，带状组织使管子在性能上表现出各向异性。
另外，从断裂的水冷壁管变径处截取横向金相试样，在金相显微镜下观察。此处水冷壁管的显微组织为铁素体+珠光体，在变径管内表面主裂纹的两侧发现有多条与主裂纹大致平行的小裂纹，见图6。这些小裂纹长短不一，裂纹内有氧化夹杂层，即图2(b)所示类氧化夹杂物。因此可以认为：该管子存在有原始小裂纹，在小裂纹内壁形成氧化物，在水压试验过程中，此处即为裂纹源，随着裂纹的迅速扩张，达到临界尺寸后，管子即破裂。
2.4常温力学性能试验
为了对比分析失效原因，在失效管样变径段与焊缝之间区域（钢管规格为∮42 mmx5.5mm）和未爆管的相同变径位置上截取纵向拉伸试样进行常温拉伸试验。同时为了复检前包墙水冷壁管原材料（钢管规格为45mmx6.5mm）的力学性能，在原始管段上截取纵向拉伸试样，进行常温拉伸试验。试验结果见表1。
由表1可见，对规格为∮42 mmx5.5 mm的试样，除未爆管一3试样以外，其它试样的抗拉强度试验值均超出GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》中规定的上限值，伸长率则是GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》中规定伸长率值的～半。所有试样的屈服强度试验值均超出标准的上限值。
规格为Ø51 mmx6.5 mm的原始管试样抗拉强度、屈服强度及伸长率符合GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》中有关力学性能的要求。
屈强比表示了材料均匀变形的能力，由塑性变形至最后断裂的形变容量，其值越大，材料的承载能力、利用率越高，但材料在断裂前塑性“储备”太少，对应力集中敏感，耐疲劳抗力下降，安全可靠性下降。尤其是构件在制造过程中产生加工硬化、裂纹和残余应力时，对安全性危害更大。一般碳素钢屈强比为0.6～0.65。由表1可见，大部分试样的屈强比偏高。
钢管材料在发生塑性变形时，随着滑移的进行，沿滑移面附近的晶格发生歪曲和畸变，滑移区的晶粒被破碎，造成了金属进一步塑性变形的困难，使得钢管材料的硬度升高，强度增加，屈强比大幅度提高，导致金属材料的塑性与韧性急剧下降，材料脆性急剧增大。若材料内部存在有某种缺陷，则在一定外力作用下，内部缺陷极易失稳，从而引起开裂。
2.5其它试验
进行了压扁、化学成分及硬度试验。压扁和化学成
分试验均符合要求。
在显微组织分析试样上进行了硬度试验，规格为∮42 mmx5.5 mm试验管样的硬度值在220～235HB范围区间，而规格为4.5mmx6.5 mm试验管样的显微硬度值在130～170HB范围区间。可见，显微硬度试验反映的信息与常温拉伸试验结果一致。
3、结论
某电厂1号锅炉水压试验时前包墙水冷壁变径爆管属于脆性破裂，爆管的原因是：该段钢管力学性能不符合要求，强度过高，韧性太差，屈强比偏高；变径管内表面存在微小裂纹，是爆管产生的根源；显微组织的不均匀，导致了钢管性能上的各项异性。
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