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供热管道开裂原因分析

2011-6-21 16:24| 发布者: wangxiaoling| 查看: 3457| 评论: 0

摘要: 杨晓洁,袁兴栋,马洪涛 (1. 山东省产品质量监督检验研究所,济南 250100;2.山东建筑大学 材料科学与工程学院,济南 250101) 摘 要:采用宏观检验、化学成分分析和金相检验等方法对供热管道开裂的原因进行了分析。 ...

杨晓洁,袁兴栋,马洪涛

(1.     山东省产品质量监督检验研究所,济南 2501002.山东建筑大学 材料科学与工程学院,济南 250101

  :采用宏观检验、化学成分分析和金相检验等方法对供热管道开裂的原因进行了分析。结果表明:由于供热管道的热处理工艺选择不当,导致沿铁素体晶界析出大量呈网状和链状分布的三次渗碳体,打打降低了供热管道的塑性和韧性,致使供热管道在使用过程中开裂。最后提出了改进措施。

关键词:供热管道;三次渗碳体;微裂纹;沿晶开裂

中图分类号TG142.31    文献标志码B    文章编号1001-4012201105-0327-02

 

某热电厂供热管道在使用近两个月时发生开裂。该管道材料为Q235B钢,直径为Φ450mm,壁厚为6mm,采用螺旋卷管加工,为退火态。钢管内流动介质为水蒸气,蒸汽温度在270~278℃,蒸汽压力为0.5~0.6MPa。为查明供热管道开裂的原因,笔者对开裂的管道进行了理化检验和分析。

1 理化检验

1.1 宏观检验

1为开裂管道的宏观形貌,可见开裂发生在供热管道壁处,已穿过整个壁厚。裂纹分主裂纹和次裂纹,主裂纹(图1a处)沿管道环向延伸;第一条次裂纹(图1b处)与主裂纹约成90°角,第二条次裂纹(图1c处)与主裂纹约成30°角。将管道沿纵向剖开,观察开裂口发现已严重锈蚀,不能看清其宏观形貌,周围无明显宏观塑性变形。

1.2 化学成分分析

在开裂管道上取样,并按GB/T 4336-2002《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)》进行化学成分分析,结果见表1,可见该供热管道的化学成分符合GB/T 700-2006《碳素结构钢》对Q235B钢的要求。

1.3 金相检验

在供热管道开裂处的横、纵两个方向上分别截取试样,经镶嵌、磨制和抛光后在光学显微镜下观察。可见横向试样表面存在裂纹,裂纹较粗大且弯曲,主裂纹边缘尚有细小的次裂纹,见图3。将试样用4%(体积分数) 硝酸酒精溶液侵蚀后在光学显微镜下观察。横向试样和纵向试样的显微组织分别见图45,可见均为铁素体+珠光体+三次渗碳体,且沿铁素体晶界存在大量裂纹;三次渗碳体主要沿铁素体晶界分布,且成链状或网状析出,见图67

2    分析和讨论

由化学成分分析结果可知,开裂的供热管道的化学成分符合标准要求。

由金相检验结果可知,该供热管道的显微组织为铁素体+珠光体+三次渗碳体,且沿铁素体晶界存在大量裂纹,,三次渗碳体为硬而脆的相,且以网状或链状分布,破坏了基体的连续性,在晶界处产生应力集中,受力的作用形成微裂纹,大大降低了供热管道的塑性和韧性。三次渗碳体的析出可能是由于退火时加热温度过高或冷却速度过慢[1],致使碳原子充分扩散,在铁素体晶界处析出网状或链状分布的三次渗碳体[2]

晶界的隔开两个不同结晶取向晶粒的区域,它是金属原子排列紊乱区,是裂纹容易穿过的区域[3],沿晶界分布的三次渗碳体受力的作用,形成微裂纹,并沿晶界进行扩展。随着管道压力的持续作用,裂纹尖端处的应力也继续增大和集中,裂纹沿管道壁厚方向进一步扩展,并与其他裂纹汇合,最终导致管道开裂。

3    接力与改进措施

由于三次渗碳体沿铁素体晶界成网状或链状析出,在力的作用下形成微裂纹,且沿晶界扩展,在使用过程中,在管道压力的持续作用下,裂纹进一步扩展,致使供热管道开裂。

改进措施有:①调整材料的热处理工艺(降低加热温度或适当提高冷却速度),避免三次渗碳体的析出;②加强工序间的质量监督和运用必要的检测手段,即时发现工件中存在的缺陷。

 

参考文献

[1]夏立芳,金属热处理工艺学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1998:34.

[2]李炯辉,林德成.金属材料金相图谱(上册)[M].北京:机械工业出版社,2006:304-307.

[3]张正贵,周兆元,刘长勇.高强度铝合金构件腐蚀疲劳失效分析[J].中国腐蚀与防护学报,2008,28(1):48-51.


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