Chaping Analysis of High Temperature Steam Pipe of 12Cr2Mo1R Steel for A Million-kilowatt Nuclear Power Plant

ZENG Yong; LIANG Yuanmeng; YIN Bangyao; DENG Jiangyong; WANG Qi

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.07.12

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Chaping Analysis of High Temperature Steam Pipe of 12Cr2Mo1R Steel for A Million-kilowatt Nuclear Power Plant
Vol. 55, Issue 7, Pages: 112-117(2025)
Received：21 July 2024，

Revised：2024-09-03，

Published：20 July 2025
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.07.12
稿件说明：

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曾勇，梁元梦，银帮耀，等.某核电厂12Cr2Mo1R钢高温蒸汽管道龟裂原因分析［J］.电焊机，2025，55（7）：112-117. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.07.12.

ZENG Yong, LIANG Yuanmeng, YIN Bangyao, et al.Chaping Analysis of High Temperature Steam Pipe of 12Cr2Mo1R Steel for A Million-kilowatt Nuclear Power Plant[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(7): 112-117. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.07.12.

摘要

针对某核电机组12Cr2Mo1R钢高温蒸汽管道外表面出现的龟裂状裂纹问题，通过无损检测、化学成分分析、金相组织观察、能谱分析、断口表征及显微硬度测试等方法，对龟裂产生的原因和失效环节进行系统分析。结果表明：裂纹区域碳含量显著低于标准要求（0.08~0.15 wt.%）及相邻未裂区（0.11 wt.%），实测值为0.057 wt.%。金相组织为铁素体+极少量粒状贝氏体，与正常区域的组织差异显著，证实该区域发生了局部氧化脱碳。脱碳层深度与裂纹扩展深度基本一致（1 625 μm），且脱碳区晶粒粗化，硬度大幅下降，导致材料强度降低。进一步分析表明，脱碳源于预热阶段陶瓷加热片局部短路引发的异常过热，而运行过程中组织应力、热应力及振动应力的综合作用导致脱碳区应力集中，最终在材料强度薄弱处引发多源裂纹萌生与扩展，形成龟裂状裂纹。断口分析显示裂纹扩展区呈现沿晶/穿晶混合断裂特征，裂纹内含氧化物颗粒。该研究成果可以为核电机组12Cr2Mo1R钢高温蒸汽管道的裂纹原因分析提供参考。

Abstract

To investigate the chapped-like crack formation on the outer surface of a 12Cr2Mo1R steel high-temperature steam pipe in a nuclear power unit

systematic analysis was conducted using non-destructive testing

chemical composition analysis

metallographic observation

energy spectrum analysis

fracture characterization

and microhardness testing.

Results

indicated that the carbon content in the cracked region (0.057 wt.%) was significantly lower than the standard requirement (0.08-0.15 wt.%) and adjacent non-cracked areas (0.11 wt.%). The microstructure of the cracked zone exhibited ferrite + trace granular bainite

markedly differing from the normal region’s structure

confirming localized oxidative decarburization. The depth of the decarburized layer (~1 625 μm) aligned with the crack propagation depth

and the decarburized area showed grain coarsening and a substantial hardness reduction

leading to material strength degradation. Further analysis revealed that the decarburization originated from abnormal overheating caused by local short-circuit damage of ceramic heating sheets during the preheating stage. During operation

the synergistic effects of organizational stress

thermal stress

and vibration stress induced stress concentration in the decarburized zone

ultimately triggering multi-source crack initiation and propagation at weak strength regions

forming the chapped-like crack morphology. Fracture analysis demonstrated intergranular/transgranular mixed fracture characteristics in the crack propagation zone

with oxide particles detected within the cracks. This study provides reference insights for failure analysis of cracks in 12Cr2Mo1R steel high-temperature steam pipes of nuclear power units.

关键词

Keywords

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