高蒸汽参数使超临界机组具有较高的发电效率,同时也给火电厂的安全运营带来新挑战。主蒸汽管道承担着锅炉与汽机机组之间的蒸汽输送,其设备完整性对于安全运行起决定性作用。弯管是主蒸汽管道系统中开裂事故多发区,弯管制造环节中管坯钢材冶金水平、弯管热推、弯后热处理、管道焊后热处理等环节的品控不严格均可能造成材质劣化,进而产生设备失效事故。开展主蒸汽管道弯管失效机理研究,对于指导管件生产与电厂设备运营管理具有重要意义。本文以开裂失效的P91钢主蒸汽管道为研究对象,采用宏观检验、化学成分检测、微观组织分析、常规力学性能检验、耐晶间腐蚀试验、Tafel极化曲线等实验方法,并结合热推弯管制造工艺进行开裂机理研究。试验结果表明:弯管母材的Si、Al含量高于标准要求,Mo、N、Nb含量低于标准要求下限;弯管晶粒度超标,弯管热影响区正火区与回火区晶粒度差异极大;弯管的硬度偏低;拉伸性能测试不合格。耐晶间腐蚀试验、Tafel极化曲线测试结果均显示弯管、弯管热影响区相对直管、直管热影响区耐腐蚀性差。根据实验结果分析:弯管超标的粗大晶粒组织在焊接热循环作用下发生相变,造成弯管热影响区正火区与回火区晶粒度差异极大。裂纹始于高温蒸汽冲刷下弯管热影响区夹杂物的剥落,形成点蚀坑,在管系应力与弯管热影响区残余拉应力的作用下该区域的腐蚀活性增强,裂纹沿着正火区与回火区夹交界向外壁扩展,直至裂透。在热处理模拟弯管材质劣化机理的研究中发现,以本次试验设计试样规格为前提下,直管在1200℃保温2 h会产生与弯管相同的材质劣化现象。正常的回火处理(730～760℃保温至少60 min)无法消除材质劣化,需再次进行合格的正火+回火热处理方可恢复。由此可知弯管材质劣化产生于弯管制造工艺中的热弯或者弯后热处理环节。弯管化学成分不达标对热处理性能影响较大,弯管产生同样材质劣化的热处理温度(1100℃保温2 h)要低于直管(1200℃保温2 h)。夹杂物的存在使得P91钢的耐点蚀性降低,Tafel极化曲线显示晶粒粗大、夹杂物使得热处理材质劣化后的P91钢自腐蚀电位降低、腐蚀电流密度增加。