某化工廠的乙烯裂解爐是該廠核心設備，其中的爐管又是關鍵部件。爐管材質為ZG4Cr20Ni25(HK-40)鋼。運行時爐管外壁溫度高達950℃～1100℃，管內壓力為0.3～0.5MPa，經(jīng)常出現(xiàn)停車現(xiàn)象。在第二次清焦和檢測時發(fā)現(xiàn)其中1根爐管外表面有一長約5mm，寬約0.1mm，深約0.1mm的裂紋。該爐管累計運行僅5000h，大大低于乙烯裂解爐管的設計壽命1×105h。如此過早失效是罕見的。為此我們對其進行了檢驗分析，試圖找出導致爐管早期開裂的原因。

　　(1)宏觀檢測從該化工廠的乙烯裂解爐管上選取兩段試樣。A段帶有上述裂紋，B段則無裂紋。將A，B段爐管分別沿軸線鋸開后，發(fā)現(xiàn)兩段管內壁明顯不同，A段內壁比B段的顏色黑。為此取A段試樣的一半磨制和拋光后進行腐蝕。結果證實A段已明顯滲碳(如圖1)。圖中顏色較深者即為滲碳層。可以看出最大滲層已達管壁厚度的一半。

　　(2)化學成分分析表1為化工廠提供的爐管標準成分及試樣測得的化學成分。經(jīng)分析A段爐管的實際碳含量低于標準的下限。研究表明，HK-40鋼的碳含量在0.38%～0.45%范圍內時其抗?jié)B碳能力最強；碳含量低于0.35%時抗?jié)B碳能力明顯下降。另外HK-40鋼碳含量對蠕變斷裂強度也有很大影響(見圖2)。當碳含量低于0.35%時蠕變斷裂強度快速下降，也是導致裂紋過早產生的一個原因。

　　(3)滲碳引發(fā)裂紋根據(jù)Fe、Cr、C三元相圖可知，HK-40鋼滲碳后滲層中的Cr23C6轉變?yōu)镃r7C3，Cr7C3是一種密度比Cr23C6低的碳化物，這就導致滲層體積膨脹。另外Cr7C3的熱膨脹系數(shù)也低于Cr23C6。爐管內壁滲碳，未滲碳的管外壁就要受到拉應力作用。另一方面，因滲碳層熱膨脹系數(shù)的降低，在裂解爐管停爐降溫時，管內壁受壓，外壁受拉。在開爐升溫時，則內壁受拉，外壁受壓。特別是如果停爐降溫或開爐升溫過快，應力驟變更易產生裂紋。

　　通過以上檢驗分析可以得出以下結論：①裂紋產生的主要原因為HK-40鋼含碳量偏低導致其抗?jié)B碳能力降低及鋼的蠕變斷裂強度降低；②頻繁開停爐也是此裂紋過早產生的一個重要原因。