甲醇输送管道开裂失效分析

上半月出版Casting· Forging· Welding.金属铸锻焊技术●失效分析●甲醇输送管道开裂失效分析许万剑,丁毅,师红旗,马立群(南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京210009)摘要:采用宏观形貌分析、化学成分分析金相显微组织分析、SEM微观形貌分析等手段对某公司的甲醇输送管道开裂进行了分析。结果表明甲醇输送管道开裂为脆性开裂焊接热循环产生的淬火马氏体导致了该管道的开裂。关键词:甲醇输送管道;淬火马氏体;脆性开裂中图分类号:TG40文献标识码:A文章编号: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某公司甲醇输送管道使用一个月后发生开裂。着平行于焊缝的方向(周向)发展。其中1"标记处为该管道为地面管道直管段材料为35钢弯头材料为金相试样的取样位置,对2样断裂表面进行扫描电35Mn2。管道设计采用套管技术甲醇在内管外套管镜(SEM微观形貌分析,并对断裂表面腐蚀产物进行用氮保压,氮气设计压力报警。使用一个月后氮气EDS成分分析。4为拉伸试样取样位置5°为光谱成压力报警发现该管道漏气,检查发现漏气位置在弯分分析试样取样位置。图1(b)为1“试样低倍酸浸后头附近。为了分析管道泄漏的原因对开裂管道进行宏观照片,图中黑色区域内灰色条纹为裂纹黑色区了失效分析域经金相检验为淬火马氏体区。1管道宏观分析2管道弯头处化学成分分析图1(a)是甲醇输送管道弯头裂纹处着色探伤后直读光谱成分检测结果表明,管道弯头含碳量的宏观照片。从照片中可以看出裂纹位于管道弯头为036%并含有162%的Mn元素。根据光谱成分部紧靠熔合线的焊接热影响区长度约110mm,并沿检测结果并与相关国家标准对比,可以判断管道弯头材料为35Mn2钢,与设计材料一致。管道弯头材马氏体区料中硫、磷含量均符合高级优质钢标准。3管道弯头处显微组织分析管道焊缝金相显微组织照片见图2。从图2(a)裂纹可看出,管道焊缝区组织为铸态组织,未见明显焊接缺陷;从图2(b)可看出,管道焊缝与母材熔合正常图1失效管道弯头宏观照片Fig 1 Macrograph of failure pipeline elbow从图2(c)可看出,管道热影响区组织为淬火马氏体,可以看到板条状马氏体和细针状马氏体存在收稿日期:2011-01-06从图2(d可看出管道弯头母材组织为回火索氏体作者简介:许万剑(1987-)男江苏盐城人硕土研究生主要研究方向组织表明管中国煤化工为耐蚀金属材料;电话:15195860752;管道焊HCNMHG,焊缝区显微E-mail:xuwanjian2008@126.com硬度在200~300HV0.2之间,热影响区在500《热加工工艺》2011年第40卷第11期189金属铸锻焊技术 Casting. Forging. Welding2011年6月)煤缝区热影啊区d)#M5050图2焊缝金相组织照片Fig2 Metallurgical structure of weld scam600HV02之间,母材区在340440V0,2之间。其中焊接热影响区显微硬度明显偏高,原因是热影响区大量淬火马氏体的存在,见图2(c)。因为弯头材料为35Mn2,淬硬倾向较大,焊接时热影响区被加热至Ac3以上,在焊后急冷时容易发生局部淬火形成马氏体组织叫。马氏体一般具有高硬度和高脆性产生很大的焊接应力容易产生焊接裂纹等缺陷。由于管道图3裂纹表面SEM微观形貌照片弯头裂纹正好处在焊接热影响区,见图1(b,因此焊Fig 3 SEM image of fracture morphology of crack接热循环导致淬硬马氏体相的出现是管道弯头开裂素的含量(1.62%)。由于Mn元素能够显著提高钢焊的内在组织原因之一接时的淬硬倾向,因此弯头焊接热影响区中Mn元4管道弯头处材料力学性能分析素含量偏高能够促进淬硬马氏体的产生。可以通过管道弯头材料的力学性能检测结果如表1。可焊前预热或将管道弯头材料改为与母材一致的35钢,从而避免淬硬马氏体的产生。表1管道弯头材料力学性能数据Tab 1 Mechanical properties of pipeline elbow6结论O/ MPa中(%)头材料9299弯头裂纹位于焊接热影响区,热影响区组织为参考性能≥8352高硬度的淬火马氏体组织、母材区组织为回火索氏看出管道的抗拉强度和伸长率满足35Mn2钢的标体组织;弯头材料为淬硬倾向较大的35Mn2,并且热准性能指标要求而断面收缩率低于35Mn2钢的标影响区中Mn含量偏高促进了淬硬马氏体产生。因准性能指标要求。此管道弯头开裂的主要原因是焊接热循环产生的高硬度淬火马氏体;可以通过焊前预热或将管道弯头5开裂管道裂纹表面形貌分析材料改为与母材一致的35钢,从而避免淬硬马氏体宏观分析发现开裂管道裂纹比较平整,有脆性的产生。特征。开裂管道裂纹断口的表面SEM微观形貌如图3所示断口表面覆盖了大量的球状氧化物。腐蚀参考文献产物EDS成分分析表明,球状氧化物的成分主要为[胡光立谢希文.钢的热处理(原理和T艺M]西安:西北T铁的氧化物还有少量裂纹中的残留甲醇污染物。业大在学出版社,20048弯头热影响区EDS能谱成分分析结果表明,其21戴起勋,金属材料学M,北京:化学T业出版社2005Mn含量为2.42%,明显高于弯头材料成分中Mn元[3]廖景娱,金属构件失效分析M北京:化学工业出版社200365.阿中国煤化工CNMHGHot Working Technology 2011, Vol 40, No I I