上半月出版Casting . Forging. WeldingN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:采用宏觀形貌分析、化學(xué)成分分析、金相顯微組織分析.SEM微觀形貌分析等手段,對(duì)某公司的甲醇輸送管道開(kāi)裂進(jìn)行了分析。結(jié)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(dǎo)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.中圖分類號(hào):TG40文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-3814(2011)11-0189-02Failure Analysis on Crack of Methanol Transmission PipelineXU Wanjian, DING Yi, SHI Hongi, MA Liqun(College of Material Science and Engineering, Nanjing Univrsity of Technology, Nanjing 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 marensite, which is produced by welding thermal cycle.Key words: methanol transmission pipeline ; quenching martensite ;britle crack某公司甲醇輸送管道使用一個(gè)月后發(fā)生開(kāi)裂。著平行 于焊縫的方向(周向)發(fā)展。其中1" 標(biāo)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(duì)2*樣斷裂表面進(jìn)行掃描電35Mn2。管道設(shè)計(jì)采用套管技術(shù),甲醇在內(nèi)管,外套管鏡(SEM)微觀形貌分析,并對(duì)斷裂表面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行用氮保壓,氮?dú)庠O(shè)計(jì)壓力報(bào)警。使用一個(gè)月后,氮?dú)釫DS成分分析。4"為拉伸試樣取樣位置,5*為光譜成壓力報(bào)警發(fā)現(xiàn)該管道漏氣，檢查發(fā)現(xiàn)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(duì)開(kāi)裂管道進(jìn)行宏觀照片,圖中黑色區(qū)域內(nèi)灰色條紋為裂紋,黑色區(qū)了失效分析。域經(jīng)金相檢驗(yàn)為淬火馬氏體區(qū)。1管道宏觀分析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色探傷后直讀光譜成分檢測(cè)結(jié)果表明,管道彎頭含碳量的宏觀照片。從照片中可以看出,裂紋位于管道彎頭為0.36%,并含有1.62%的Mn元素。根據(jù)光譜成分部緊靠熔合線的焊接熱影響區(qū),長(zhǎng)度約110mm,并沿檢測(cè)結(jié)果并與相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，.可以判斷管道彎頭材料為35Mn2鋼,與設(shè)計(jì)材料一致。管道彎頭材馬氏體區(qū)料中硫、磷含量均符合高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼標(biāo)準(zhǔn)。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(qū)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失效管道彎頭宏觀照片F(xiàn)ig.1 Macrograph of failure pipeline elbow從圖2(c)可看出，管道熱影響區(qū)組織為淬火馬氏體凹,可以看到板條狀馬氏體和細(xì)針狀馬氏體存在;從圖2(d)可看出,管道彎頭母材組織為回火索氏體收稿日期:2011-01-06作者簡(jiǎn)介:許萬(wàn)創(chuàng)(1987- ),男,江蘇鹽城人,碩士研究生,主要研究方向組織,表明管道彎頭經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。為耐蝕金屬材料;電話:15195860752;管道焊縫顯微硬度測(cè)試結(jié)果表明,焊縫區(qū)顯微E-mail:xuwanjian2008@126.com硬度在200- -300HV0.2之間,熱影響區(qū)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月石)翠縫區(qū)b)路合區(qū)[9)熱影響區(qū)50umS50um50μm. S50μm J圖2焊縫 金相組織照片F(xiàn)ig.2 Meallurgical structure of weld sceam600HV0.2之間,母材區(qū)在340- 440HV0.2之間。其中焊接熱影響區(qū)顯微硬度明顯偏高，原因是熱影響區(qū)大量淬火馬氏體的存在,見(jiàn)圖2(c)。因?yàn)閺濐^材料為35Mn2,淬硬傾向較大,焊接時(shí)熱影響區(qū)被加熱至Ac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(yīng)力,容易產(chǎn)生焊接裂紋等缺陷。由于管道圖3裂紋表面 SEM微觀形貌照片彎頭裂紋正好處在焊接熱影響區(qū),見(jiàn)圖1(b),因此焊Fig.3 SEM image of fracture morphology of crack接熱循環(huán)導(dǎo)致淬硬馬氏體相的出現(xiàn)是管道彎頭開(kāi)裂素的含量(1.62%)。由于Mn元素能夠顯著提高鋼焊的內(nèi)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(qū)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。可以通過(guò)管道彎頭材料的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果如表1?？珊盖邦A(yù)熱或?qū)⒐艿缽濐^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(shù)據(jù)Tab.1 Mechanical properties of pipeline elbow6結(jié)論o。/ MPaδ (%)ψ (%)彎頭材料929.919.9726.6彎頭裂紋位于焊接熱影響區(qū),熱影響區(qū)組織為參考性能≥835≥12≥45高硬度的淬火馬氏體組織、母材區(qū)組織為回火索氏看出,管道的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率滿足3SMn2鋼的標(biāo)體組織;彎頭材料為淬硬傾向較大的35Mn2,并且熱準(zhǔn)性能指標(biāo)要求,而斷面收縮率低于35Mn2鋼的標(biāo)影響區(qū)中Mn含量偏高,促進(jìn)了淬硬馬氏體產(chǎn)生。因準(zhǔn)性能指標(biāo)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(yù)熱或?qū)⒐艿缽濐^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分析發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂管道裂紋比較平整,有脆性的產(chǎn)生。特征P。開(kāi)裂管道裂紋斷口的表面SEM微觀形貌如圖3所示,斷口表面覆蓋了大量的球狀氧化物。腐蝕參考文獻(xiàn):產(chǎn)物EDS成分分析表明,球狀氧化物的成分主要為[1]胡光立， 謝希文。鋼的熱處理(原理和T.藝)M].西安:西北工鐵的氧化物,還有少量裂紋中的殘留甲醇污染物。業(yè)大在學(xué)出版社,2004:87.彎頭熱影響區(qū)EDS能譜成分分析結(jié)果表明,其2] 戴起勛.金屬材料學(xué)[M].北京:化學(xué)T.業(yè)出版社.2005:52.Mn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(gòu)件失效分析[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:65.囚190Hot Working Technology 2011, Vol. 40,No.11