甲醇輸送管道開(kāi)裂失效分析

上半月出版Casting· Forging· Welding.金屬鑄鍛焊技術(shù)●失效分析●甲醇輸送管道開(kāi)裂失效分析許萬(wàn)劍,丁毅,師紅旗,馬立群(南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京210009)摘要:采用宏觀(guān)形貌分析、化學(xué)成分分析金相顯微組織分析、SEM微觀(guān)形貌分析等手段對某公司的甲醇輸送管道開(kāi)裂進(jìn)行了分析。結果表明甲醇輸送管道開(kāi)裂為脆性開(kāi)裂焊接熱循環(huán)產(chǎn)生的淬火馬氏體導致了該管道的開(kāi)裂。關(guān)鍵詞:甲醇輸送管道;淬火馬氏體;脆性開(kāi)裂中圖分類(lèi)號:TG40文獻標識碼:A文章編號:1001-3814(2011)1018902Failure Analysis on Crack of Methanol Transmission PipelineXU Wanjian, DING Yi, SHI Hongqi, MA Liqun(College of Material Science and Engineering, Nanying University of Technology, Nanying 210009, China)Abstract The crack of methanol transmission pipeline was analyzed based on macroscopic, chemical composition,microstructure, SEM fracture surface and EDS chemical composition. The results show that the methanol transmissionpipeline is brittle crack. The pipeline crack is caused by quenching martensite, which is produced by welding thermal cycleKey words: methanol transmission pipeline; quenching martensite; brittle crack某公司甲醇輸送管道使用一個(gè)月后發(fā)生開(kāi)裂。著(zhù)平行于焊縫的方向(周向)發(fā)展。其中1"標記處為該管道為地面管道直管段材料為35鋼彎頭材料為金相試樣的取樣位置,對2樣斷裂表面進(jìn)行掃描電35Mn2。管道設計采用套管技術(shù)甲醇在內管外套管鏡(SEM微觀(guān)形貌分析,并對斷裂表面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行用氮保壓,氮氣設計壓力報警。使用一個(gè)月后氮氣EDS成分分析。4為拉伸試樣取樣位置5°為光譜成壓力報警發(fā)現該管道漏氣,檢查發(fā)現漏氣位置在彎分分析試樣取樣位置。圖1(b)為1“試樣低倍酸浸后頭附近。為了分析管道泄漏的原因對開(kāi)裂管道進(jìn)行宏觀(guān)照片,圖中黑色區域內灰色條紋為裂紋黑色區了失效分析域經(jīng)金相檢驗為淬火馬氏體區。1管道宏觀(guān)分析2管道彎頭處化學(xué)成分分析圖1(a)是甲醇輸送管道彎頭裂紋處著(zhù)色探傷后直讀光譜成分檢測結果表明,管道彎頭含碳量的宏觀(guān)照片。從照片中可以看出裂紋位于管道彎頭為036%并含有162%的Mn元素。根據光譜成分部緊靠熔合線(xiàn)的焊接熱影響區長(cháng)度約110mm,并沿檢測結果并與相關(guān)國家標準對比,可以判斷管道彎頭材料為35Mn2鋼,與設計材料一致。管道彎頭材馬氏體區料中硫、磷含量均符合高級優(yōu)質(zhì)鋼標準。3管道彎頭處顯微組織分析管道焊縫金相顯微組織照片見(jiàn)圖2。從圖2(a)裂紋可看出,管道焊縫區組織為鑄態(tài)組織,未見(jiàn)明顯焊接缺陷;從圖2(b)可看出,管道焊縫與母材熔合正常圖1失效管道彎頭宏觀(guān)照片Fig 1 Macrograph of failure pipeline elbow從圖2(c)可看出,管道熱影響區組織為淬火馬氏體,可以看到板條狀馬氏體和細針狀馬氏體存在收稿日期:2011-01-06從圖2(d可看出管道彎頭母材組織為回火索氏體作者簡(jiǎn)介:許萬(wàn)劍(1987-)男江蘇鹽城人碩土研究生主要研究方向組織表明管中國煤化工為耐蝕金屬材料;電話(huà):15195860752;管道焊HCNMHG,焊縫區顯微E-mail:xuwanjian2008@126.com硬度在200~300HV0.2之間,熱影響區在500《熱加工工藝》2011年第40卷第11期189金屬鑄鍛焊技術(shù) Casting. Forging. Welding2011年6月)煤縫區熱影啊區d)#M5050圖2焊縫金相組織照片Fig2 Metallurgical structure of weld scam600HV02之間,母材區在340440V0,2之間。其中焊接熱影響區顯微硬度明顯偏高,原因是熱影響區大量淬火馬氏體的存在,見(jiàn)圖2(c)。因為彎頭材料為35Mn2,淬硬傾向較大,焊接時(shí)熱影響區被加熱至Ac3以上,在焊后急冷時(shí)容易發(fā)生局部淬火形成馬氏體組織叫。馬氏體一般具有高硬度和高脆性產(chǎn)生很大的焊接應力容易產(chǎn)生焊接裂紋等缺陷。由于管道圖3裂紋表面SEM微觀(guān)形貌照片彎頭裂紋正好處在焊接熱影響區,見(jiàn)圖1(b,因此焊Fig 3 SEM image of fracture morphology of crack接熱循環(huán)導致淬硬馬氏體相的出現是管道彎頭開(kāi)裂素的含量(1.62%)。由于Mn元素能夠顯著(zhù)提高鋼焊的內在組織原因之一接時(shí)的淬硬傾向,因此彎頭焊接熱影響區中Mn元4管道彎頭處材料力學(xué)性能分析素含量偏高能夠促進(jìn)淬硬馬氏體的產(chǎn)生?？梢酝ㄟ^(guò)管道彎頭材料的力學(xué)性能檢測結果如表1?？珊盖邦A熱或將管道彎頭材料改為與母材一致的35鋼,從而避免淬硬馬氏體的產(chǎn)生。表1管道彎頭材料力學(xué)性能數據Tab 1 Mechanical properties of pipeline elbow6結論O/ MPa中(%)頭材料9299彎頭裂紋位于焊接熱影響區,熱影響區組織為參考性能≥8352高硬度的淬火馬氏體組織、母材區組織為回火索氏看出管道的抗拉強度和伸長(cháng)率滿(mǎn)足35Mn2鋼的標體組織;彎頭材料為淬硬傾向較大的35Mn2,并且熱準性能指標要求而斷面收縮率低于35Mn2鋼的標影響區中Mn含量偏高促進(jìn)了淬硬馬氏體產(chǎn)生。因準性能指標要求。此管道彎頭開(kāi)裂的主要原因是焊接熱循環(huán)產(chǎn)生的高硬度淬火馬氏體;可以通過(guò)焊前預熱或將管道彎頭5開(kāi)裂管道裂紋表面形貌分析材料改為與母材一致的35鋼,從而避免淬硬馬氏體宏觀(guān)分析發(fā)現開(kāi)裂管道裂紋比較平整,有脆性的產(chǎn)生。特征。開(kāi)裂管道裂紋斷口的表面SEM微觀(guān)形貌如圖3所示斷口表面覆蓋了大量的球狀氧化物。腐蝕參考文獻產(chǎn)物EDS成分分析表明,球狀氧化物的成分主要為[胡光立謝希文.鋼的熱處理(原理和T藝M]西安:西北T鐵的氧化物還有少量裂紋中的殘留甲醇污染物。業(yè)大在學(xué)出版社,20048彎頭熱影響區EDS能譜成分分析結果表明,其21戴起勛,金屬材料學(xué)M,北京:化學(xué)T業(yè)出版社2005Mn含量為2.42%,明顯高于彎頭材料成分中Mn元[3]廖景娛,金屬構件失效分析M北京:化學(xué)工業(yè)出版社200365.阿中國煤化工CNMHGHot Working Technology 2011, Vol 40, No I I