分享：12Cr1MoVG钢高压蒸汽管道对接接头开裂原因

摘 要:某12Cr1MoVG 钢燃煤高速旋转蒸气管线交会接点的沟槽和热负面影响区出现数处裂缝。选用 宏观经济检视、成份预测、机械性能试验、延展性试验、金相检验及红腺预测等方式,对脱落的原 因展开了预测。结果显示:在塞雷县金属材料不符合要求、冲压工艺技术模块控制失当、管线长期处于再热裂缝敏 感环境温度区段组织工作和电绝缘等因素的综合性作用下,交会接点发生了脱落。

关键字:主蒸气管;交会接点;再热裂缝;冲压工艺技术

中图科同盘属:TG457.11;TG115.5 历史文献象征码:B 该文序号:1001-4012(2022)07-0035-03

某公司1号燃煤车用侧管线在全面性检验期间, 超音波检验时辨认出其中主蒸气管线的数条交会沟槽中 存在纵向裂缝,严重负面影响了燃煤的安全可靠运转。该管 道入役年数为12a,金属材料为12Cr1MoVG 钢,技术标准为 273 mm ×20 mm (外 径 × 壁 厚 ),工 作 压 力 为 9.8MPa,运转环境温度为 540 ℃。冲压方式选用钨极 氩弧焊 打 底,手 工 电 弧 焊 填 充 和 盖 面。打 底 使 用 TIG-G31塞雷县,充填和Daye采用 R317铜焊。冲压 紧接著环境温度为200~300 ℃,焊后退火环境温度为720~ 760℃。为查清该管线沟槽中裂缝造成的其原因,笔 者对其展开了化学检验及预测。

1 化学检验

1.1 宏观经济检视

主蒸气管线裂缝处宏观经济无腺如图1右图,由图 1可以窥见:整个壁厚方向上均有裂缝造成。将焊 缝余高雕琢凹凸不平后,辨认出裂缝分布于热负面影响区和焊 缝中,且不连续。

1.2 成份预测

选用 ARL4460 型 直 读 光 谱 仪 分 别 对 根 层 焊 缝、沟槽表层和两边助焊剂展开成份预测,结果如 表1右图。由表1由此可知:根层沟槽中的 Si,Mn原素 浓度高于 DL/T869—2012 《火力发电厂冲压技术 规 程 》的 要 求,焊 缝 表 面 的 化 学 成 分 符 合 DL/T869—2012 的 要 求,母 材 的 化 学 成 分 符 合 GB/T5310—2008 《高 压 锅 炉 用 无 缝 钢 管》中 对 12Cr1MoVG 钢的要求。

1.3 机械性能试验

分别在助焊剂和交会接点处取样展开机械性能测 试,结果显示助焊剂和交会接点的机械性能分别符合 GB/T5310—2008和 DL/T869—2012的要求(见 表2)。

1.4 延展性试验

对沟槽处、热负面影响区及助焊剂展开维氏延展性试验, 结果 如 表 3 所 示。 由 表 3 可 知:母 材 硬 度 高 于 GB/T5310-2008的要求,沟槽、热负面影响区的延展性 符合 DL/T869-2012的要求。

1.5 金相检验

对沟槽处展开金相检验,沟槽处的显微组织为 贝氏体+网状铁素体,未见明显老化(见图2)。裂 纹起始于粗晶区,终止于细晶区,沿晶脱落,部分裂 纹沿铁素体与贝氏体的界面扩展,裂缝内部形成了 氧化层(见图3)。

1.6 红腺预测

对裂缝处展开红腺(SEM)预测,可见裂缝 尖端有连续密集的孔洞分布在晶界上,孔洞进一步 发展成了沿晶的微裂缝(见图4)。

2 综合性预测

上述化学检验结果显示:助焊剂和交会接点的力学 性能、延展性均符合标准要求;根层沟槽中的 Mn,Si原素 浓度高于标准 DL/869—2012的要求,塞雷县金属材料不合 格。再热裂缝脆弱性评价的经验公式[1]如式(1)右图。

式中:ΔG 为再热裂缝脆弱指数;wCr 为 Cr原素质量 分数;wMo 为 Mo原素质量分数;wV 为 V 原素质量 分数。

根据式(1)计算得,根层沟槽的 ΔG=2.53,沟槽 表层的 ΔG=2.41,均大于0,说明该沟槽容易造成 再热裂缝。

由于冲压工艺技术模块控制失当,沟槽的显微组织 较差,造成了网状铁素体,割裂了组织间的联系,降 低了整体的塑性和韧性。SEM 预测结果显示:晶界 上造成了孔洞,孔洞相互串联形成微裂缝,微裂缝逐 渐长大、扩展、相互连接,最终形成宏观经济裂缝。该管 在冲压过程及入役期间,沟槽表层形成粗晶区,强度 和塑性降低,加上网状铁素体导致的晶界弱化,在晶界上容易造成孔洞,且粗晶区通常会造成应力集中, 形成裂缝源。萌生裂缝由粗晶区向细晶区沿晶扩 展,在细晶区终止,整体符合再热裂缝的特征。

12Cr1MoVG 钢存在一定的再热裂缝倾向,尤 其在500~700℃最为脆弱,而管线的运转环境温度正处 于该区段 内,从 而 使 得 其 发 生 再 热 裂 纹 的 倾 向 加 大[2-3],晶粒粗化也会加大再热裂缝的造成[4]。

3 结论

由于主蒸气管线冲压金属材料中含有促使形成再热 裂缝的沉淀强化原素,在冲压工艺技术模块控制失当、长 期处于再热裂缝脆弱环境温度区段组织工作和电绝缘等因素 的综合性作用下,造成了再热裂缝,最终导致管线脱落。

参考历史文献:

[1] 周振丰,张文钺.冲压冶金与金属冲压性[M].北京: 机械工业出版社,1988.

[2] 赵彦芬,张路,张欣原,等.高 温 主 汽 用 15X1M1Φ 钢 接点失效及解决措施[J].中国电力,2010,43(8):1- 6.

[3] 陈忠兵,赵彦芬,赵 建 仓,等.厚 壁 12Cr1MoVG 钢 焊 接接点裂缝预测及其控制[J].中国电机 工 程 学 报, 2012,32(35):137-143.

<该文来源> 金属材料与试验网 > 期刊论文 > 化学检验－物理分册 > 58卷 > 7期 (pp:35-37)>