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引言無縫鋼管用于輸送石油、天然氣、煤氣、化學(xué)氣體和水等液體，要求其具有高的抗氧化性能和耐腐蝕性能，并有良好的組織穩(wěn)定性和耐持久強(qiáng)度。某Q345D輸送流體3年后，局部發(fā)生爆裂，為了找出無縫鋼管爆裂原因，避免類似事故再發(fā)生，筆者對該無縫鋼管進(jìn)行檢驗(yàn)和分析。

理化檢驗(yàn)

1化學(xué)成分分析

使用Spark直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測結(jié)果見表1，可見該無縫鋼管的化學(xué)成分符合GB/T8163-2018《輸送流體用無縫鋼管》對Q345D鋼管化學(xué)成分的規(guī)定。

2沖擊性能測試

依據(jù)GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》，采用JBS-300數(shù)顯金屬沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊性能檢測，在爆裂鋼管的裂口上端、下端和裂口處分別截取3組沖擊樣品進(jìn)行檢測，每組樣品測3個沖擊值。由于該鋼管的厚度為7mm，無法制備標(biāo)準(zhǔn)樣品，按GB/T8163-2018《輸送流體用無縫鋼管》的要求制備小試樣，沖擊試驗(yàn)樣品尺寸為5mmx10mmx55mm，試驗(yàn)溫度為-20℃，V型缺口沖擊吸收功KV2標(biāo)準(zhǔn)值按遞減系數(shù)0.5計(jì)算為10，檢測結(jié)果見表2，可見爆裂鋼管的沖擊性能均滿足GB/T8163-2018《輸送流體用無縫鋼管》的要求，但裂口處的沖擊吸收功明顯小于裂口的上下端部位。

3拉伸性能分析

在爆裂鋼管上截取3根拉伸試驗(yàn)樣，取樣位置為裂口的上端、下端和裂口處，分別標(biāo)識為樣品1品2樣品3，根據(jù)GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表3，可見試驗(yàn)樣品1和樣品2的抗拉強(qiáng)度均滿足GB/T8163-2018《輸送流體用無縫鋼管》的要求，而試驗(yàn)樣品3抗拉強(qiáng)度明顯不足。

4.4SEM掃描電鏡分析

使用蔡司掃描電鏡對開裂鋼管的外表面、內(nèi)表面和斷面形貌進(jìn)行分析。如圖1可見，爆裂鋼管的外表面和內(nèi)表面有明顯的龜裂裂紋，同時鋼管的外表面和內(nèi)表面都覆蓋一層紅褐色的銹垢，使用EDS能譜分析儀對銹垢進(jìn)行分析，可知外表面和內(nèi)表面的銹垢主要成分含量為氧和鐵，還有少量的硅、鈣、氫等元素，能譜分析結(jié)果見表4。

如圖2可見，爆裂鋼管的斷面有明顯的非金屬夾雜物顆粒，使用EDS能譜分析儀對夾雜物顆粒進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)碳含量較高，為碳化物顆粒，能譜分析結(jié)果見表5。

分析討論

由化學(xué)成分檢測結(jié)果可知，該爆裂鋼管化學(xué)成分符合GB/T8163-2018《輸送流體用無縫鋼管》的要求，裂口處的沖擊性能雖然滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但沖擊吸收功明顯小于裂口的上下端部位，裂口處的抗拉強(qiáng)度不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。從爆裂鋼管SEM掃描電鏡和EDS能譜分析可知，該鋼管的外表面和內(nèi)表面有明顯的龜裂裂紋，說明鋼管長時間在高溫條件下運(yùn)行，局部已經(jīng)開始出現(xiàn)老化，爆裂鋼管的外表面和內(nèi)表面均覆蓋一層紅褐色鐵銹，使用EDS能譜分析儀對銹垢進(jìn)行分析，可知外表面和內(nèi)表面的銹垢主要成分含量為氧和鐵，還有少量的硅、鈣和氫等元素，主要是鋼管常年暴露在大氣中氧化腐蝕和輸送高溫蒸汽和化學(xué)氣體所形成的氧化鐵鐵銹"。斷面處有明顯的碳化物顆粒析出，是由于管道在高溫蒸汽輸送過程中形成的碳化物析出相，碳化物的聚集造成碳化物顆粒周邊基體的碳含量降低，基體的強(qiáng)度也隨之下降。同時碳化物的聚集又會導(dǎo)致應(yīng)力集中，加速裂紋的萌生和擴(kuò)展。該輸送流體用無縫鋼管在高溫蒸汽和化學(xué)氣體的常年氧化腐蝕下，裂口處內(nèi)表面形成大量的氧化物，碳化物析出，基體碳含量逐步減少，鋼管耐持久強(qiáng)度降低，而在高溫蒸汽的熱應(yīng)力作用下，內(nèi)表面被腐蝕的基體缺陷處和碳化物聚集區(qū)都可能首先萌生裂紋，隨著基體強(qiáng)度的下降，加速裂紋的快速擴(kuò)展，最終發(fā)生熱應(yīng)力腐蝕開裂。

結(jié)論

造成0345D輸送流體用無縫鋼管開裂的主要原因是該鋼管長時間在高溫蒸汽條件下運(yùn)行，從局部開始老化，碳化物的析出造成基體碳含量減少，強(qiáng)度不斷降低，再加之高溫蒸汽和化學(xué)氣體的常年氧化腐蝕，在內(nèi)表面被腐蝕的基體缺陷處和碳化物聚集區(qū)首先萌生裂紋，隨著裂紋的擴(kuò)展，最終發(fā)生熱應(yīng)力腐蝕開裂。