劉可志　潘偉

摘 要：利用金相、顯微硬度等手段對發(fā)生斷裂的焦碳塔熱電偶316L的組織進行分析，發(fā)現(xiàn)組織中析中大量σ相，顯微組織硬度大于正常的316L組織，在振動及溫變等應力的作用下，沿σ相產(chǎn)生裂紋，擴展后發(fā)生斷裂；同時熱電偶套管內(nèi)壁晶間腐蝕也是誘發(fā)裂紋產(chǎn)生斷裂的一個原因。

關鍵詞：熱電偶 ；316L；斷裂；σ相；

中圖分類號：TE65 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-01-00-02

引言

某煉油廠120萬噸年生產(chǎn)能力的焦化裝置焦碳塔，2012年11月投入使用，2013年4月發(fā)生熱電偶插管根部斷裂，高溫渣油噴出事故。該熱電偶位置為進料線處，工作溫度為80-490℃變化，24小時為一個變化周期，介質(zhì)為0.3MPa的焦化渣油，熱電偶附近有冷卻水的水錘振動，而且還有焦粉的沖擊。斷裂的熱電偶材質(zhì)為316L，套管為棒料鉆孔加工成形，然后法蘭與套管承插式焊接，并采用堆焊形式。

一、化學成分分析

對斷裂的熱電偶套管及法蘭進行了化學元素分析，分析結果如表1，除Mo元素略低于316L的標準外，其余元素含均在合格范圍內(nèi)，但大多在合格的下限，材料元素基本合格。排除了材料元素含量對斷裂的影響。

二、金相分析

對斷裂的熱電偶進行金相取樣分析，取樣部位為距斷口10mm處的套管橫截面，圖1為管壁中間位置的金相組織形貌，顯示為奧氏體組織，晶內(nèi)有滑移線及滑移臺階，在晶界及晶內(nèi)滑移線上有塊狀及條狀σ鐵素體相析出，及部分晶界有碳化物析出。圖2為靠近套管內(nèi)表壁的金相組織形貌，顯示為奧氏體組織，晶內(nèi)有滑移線及滑移臺階，在晶界及晶內(nèi)滑移線上有塊狀及條狀σ鐵素體相析出，同時晶界有晶間腐蝕。

三、顯微硬度分析

我們對在含有σ相的金相試樣上進行了顯微硬度測試，硬度值在HV200-HV268之間變化，值高于316L鋼奧氏體組織的硬度（HV180左右），在σ相析出比較多的地方顯微硬度值稍高，σ相析出比較少的地方顯微硬度略低不能完全的打在σ相，總體顯微硬度值勻高于奧氏體的硬度。說明有σ相存在，純σ相硬度值在HV700-1000之間[1]。

四、分析

此熱電偶加工過程中套管為未經(jīng)固溶處理的316L棒料鉆孔，鉆孔后進行酸洗工藝，進行清洗孔內(nèi)冷卻油脂；套管與法蘭為承插式多層堆焊焊接，而斷裂處為法蘭與套管的連接的根部，離堆焊層很近，堆焊的反復焊接的過程中，溫度剛好處σ相的析出范圍內(nèi)[2]，σ相是一種復雜四方結構的鐵-鉻化合物，在316L不銹鋼中，σ相會富含鉻、鉬、硅等元素。σ相的析出會造成材料的韌性降低，硬度升高[3]。而套管組織中的σ相很可能是在堆焊過程中，在高溫區(qū)停留時間過長造成的σ相析出。由于σ相硬而脆，析出過程中引起體積膨脹，引起晶界產(chǎn)生微裂紋，在外界應力的作用下發(fā)生擴展直至開裂，而此熱電偶的工況為80-490℃交變溫度變化，會生產(chǎn)交變應力，并伴有冷卻水生產(chǎn)的水錘沖擊振動，符合生產(chǎn)振動應力的條件，而且還有焦粉的沖擊應力存在。這是引起裂紋擴展的主因，另外由于套管內(nèi)壁加工過程中進行了酸洗工藝，套管內(nèi)表面發(fā)生了晶間腐蝕，也是誘發(fā)其微裂紋開裂的輔助原因。

五、結論

由此我們可以得出以下結論：

（一）由于套管采用未經(jīng)固溶熱處理的棒材進行鉆孔加工而成，與法蘭焊接采用承插式堆焊焊接，反復的多次焊接造成套管在σ相析出的敏感溫度停留時間過長，σ相析出，造成組織脆化，形成微裂紋。

（二）對316L不銹鋼使用了酸洗工藝，造成套管內(nèi)表面形成晶間腐蝕，降低了材料抗腐蝕強度，使晶界上的強度降低，誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生；

（三）該焦碳塔進料口處的工況比較惡劣，伴有水錘的沖擊振動，溫度的劇烈交替變化，使熱電偶會產(chǎn)生各種應力，加速了微裂紋的擴展，直致斷裂。

參考文獻：

[1]黃振東.鋼鐵金相圖譜[M].北京：中國科學文化出版社.2005：479-480

[2]張家偉，黃美平，胡傳順，等.σ相對雙相不銹鋼堆焊層組織和性能的影響[J].熱加工工藝：2007，36（19）：7-9

[3]孫金貴，葉銳曾，葛占英，等.σ相X光衍射定量相分析[J].冶金分析：1986，6（5）：53-55