聞 強

（安徽昊源化工集團有限公司，安徽 阜陽 236058）

2019年5月9日中午，某化工廠鍋爐因結(jié)焦，開始降壓、降溫，準備停爐除焦，三個小時后，發(fā)現(xiàn)蒸汽管道（Φ219*12mm）流量計環(huán)焊縫附近發(fā)生泄漏，操作人員關(guān)閉閥門，前后過程不足8分鐘，由泄漏發(fā)展到整體斷裂。發(fā)生斷裂時操作溫度為410℃，壓力3.8MPa，爐水PH值9～10，經(jīng)爐水分析Na+含量為0.1～0.2ppm。為預防此類事故的再次發(fā)生，分析該流量計斷裂失效的原因。

1 宏觀檢驗

現(xiàn)場初步勘察發(fā)現(xiàn)，裂紋起源于量流計與下游蒸汽管道連接環(huán)焊縫的流量計側(cè)母材及焊縫熱影響區(qū)，是多源斷口。內(nèi)表面斷口距焊縫最近約7mm，為流量計焊縫熱影響區(qū)，外表面斷口位于焊縫熔合線，斷裂部位無可見塑性變形。樣品斷口表面整體較平整，可見黑褐色腐蝕產(chǎn)物，近外壁局部區(qū)域可見明顯的瞬斷區(qū)，可見裂紋由內(nèi)壁向外壁擴展，如圖1.1所示。內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)大量的白色垢物，結(jié)垢會造成該區(qū)域PH值增大，為堿應(yīng)力腐蝕開裂提供環(huán)境，如圖1.2所示。

圖1.1 分析樣品位置及形貌

圖1.2 內(nèi)壁白色垢物

2 化學成分分析

對流量計樣品進行光譜分析，分析結(jié)果（見表2.1）表明，流量計化學成分符合GB/T5310—2008對12Cr2MoWVTiB材料的要求。

3 維氏硬度測定

流量計側(cè)母材及熱影響區(qū)維氏硬度遠高于GB/T5310—2008對12Cr2MoWVTiB材料的要求，詳見表3.1。

4 金相分析

斷口附近流量計側(cè)母材處發(fā)現(xiàn)了兩條平行于斷口的裂紋，裂紋由內(nèi)壁向外壁擴展，裂紋擴展初期主要為沿晶形貌，裂紋尖端沿穿晶擴展，母材金相組織為粒狀貝氏體+少量羽毛狀貝氏體，組織粗大。流量計側(cè)熱影響區(qū)組織為羽毛狀貝氏體+少量馬氏體，局部晶界析出了大量的碳化物，晶界碳化物的大量析出降低了晶界強度，粗大的晶界降低了材料的力學性能（塑性、韌性）。焊縫金相組織為正常的粒狀貝氏體基體+少量條狀及塊狀鐵素體。

5 斷口分析

斷裂面表面覆蓋有大量的腐蝕產(chǎn)物，并伴有球狀氧化物。近內(nèi)壁處一區(qū)域呈現(xiàn)冰糖狀形貌且晶粒粗大，為沿晶斷裂的特點，判斷該處疑為裂紋源；其余內(nèi)壁區(qū)域及心部區(qū)域為解理斷裂形貌，為脆性開裂的特點；近外壁瞬斷區(qū)呈韌窩狀花樣，為塑性開裂的典型特點；由此可見，開裂過程是內(nèi)壁向外壁擴展。

表2.1 流量計化學成分分析結(jié)果（Wt%）

表3.1 維氏硬度測定結(jié)果（HV）

表6.1 能譜主要元素分析結(jié)果

6 能譜分析

用X射線能譜儀對斷口表面和裂紋縫隙中的腐蝕產(chǎn)物進行分析，分析部位見圖6.1，分析結(jié)果見表6.1，由分析結(jié)果可知，腐蝕產(chǎn)物均以氧化物為主，并伴有大量的Na、K、Si及少量的S元素。

圖6.1 能譜分析部位

7 開裂原因分析

1）流量計材質(zhì)硬度、抗拉強度遠高于標準要求，斷后伸長率和室溫沖擊功遠低于標準要求（沖擊功值只有標準要求的10%），材料的塑性及韌性極差；金相組織晶粒粗大。原因很可能是流量計材料熱處理狀態(tài)不符合要求。流量計內(nèi)表面焊縫熱影響區(qū)及鄰近區(qū)域的母材由于受到焊接熱輸入的影響（有一定的熱處理效果），力學性能有所改善，該區(qū)域與正常母材的交界區(qū)域成為應(yīng)力集中區(qū)，該部位存在的微小缺陷，甚至粗大的晶粒都有可能形成裂紋源。2）介質(zhì)中存在有害離子，如Na+、K+、CI-、S-，在流量計內(nèi)表面局部形成應(yīng)力腐蝕開裂環(huán)境，尤其是堿應(yīng)力腐蝕開裂環(huán)境，一旦形成，短時間內(nèi)就會造成材料開裂。

8 結(jié)論

3.8MPa中壓蒸汽管道主流量計開裂的主要原因是流量計材料力學性能不合格，對應(yīng)力腐蝕極度敏感，在存在堿應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境下，極短時間內(nèi)開裂失效。