復(fù)合板筒節(jié)開裂原因

爆炸復(fù)合板是運(yùn)用超高壓高溫爆炸沖擊波將不同 屬性的金屬片頁面固體焊接而成的,目前已經(jīng)很多應(yīng) 用以石油化工設(shè)備、冶金工業(yè)、機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域[1]。某 R60702/TA1/Q345R夾芯板經(jīng)冷軋卷板生產(chǎn)制造之后再進(jìn)行筒節(jié)的焊 接,進(jìn)行底層 Q345R鋼電焊焊接。對焊接開展無損檢測技術(shù) 時(shí),在焊接周邊發(fā)覺裂紋(如圖1),并對夾芯板母 材開展無損檢測技術(shù),發(fā)現(xiàn) Q345R 鋼層之中存有缺 陷。該夾芯板選用發(fā)生爆炸焊開展復(fù)層電焊焊接,為搜索缺 陷形成原因,并對抽樣并進(jìn)行相關(guān)檢測和分析。

1 理化檢測

1.1 宏觀經(jīng)濟(jì)檢測

在原材質(zhì)夾芯板缺點(diǎn)處及對接焊縫裂紋處抽樣并 開展宏觀經(jīng)濟(jì)檢測,原材質(zhì)夾芯板缺點(diǎn)處試件經(jīng)酸蝕劑后沒有 發(fā)覺裂紋、未熔合等鑄造缺陷,但在 Q345R 鋼底層中長距離復(fù)合型層頁面較遠(yuǎn)方存有全長約45mm 的異常 條帶,條帶周邊有偏析狀況[如圖2a)]。對接焊縫 裂紋處試件經(jīng)酸蝕劑后,由此可見一條大概垂直于焊接縱 方向的裂紋,裂紋坐落于原材質(zhì)區(qū) Q345R 鋼的底層,距熱 危害區(qū)約1.5 mm,裂紋周邊也存在重大偏析狀況[如圖2b)]。

1.2 元素檢測

在瑕疵周邊取底層試件開展元素檢測,結(jié) 果如表1所顯示,成分符合規(guī)定 GB/T713—2014 《鍋爐和壓力容器用鋼板》對 Q345R鋼的規(guī)定。

1.3 非金屬材料夾雜物檢測

在一線存有出現(xiàn)異常條帶及焊接周邊裂紋處抽樣,根據(jù)規(guī)范 GB/T10561—2005《鋼中非金屬材料夾雜物 相對含量測量》開展非金屬材料夾雜物定級。裂紋處試 樣子的 檢 驗(yàn) 結(jié) 果 級 別 為 A3.0,B0.0,C0.0,D0.5,Ds0.0,并 可 見 大 量 淡 粉 色 的 沉 淀 相[見 圖 3a),3b)];出現(xiàn)異常 條 帶 處 試 樣 的 檢 驗(yàn) 結(jié) 果 級 別 為 A3.0,B0.0,C0.0,D0.5,Ds0.0,并由此可見很多淺粉色沉淀相[如圖3c),3d)],該出現(xiàn)異常條帶由硫酸鹽及淺粉色沉 淀相所組成,與裂紋處夾雜物及沉淀相種類一致,且淺粉色沉淀相顆粒物比較大,呈斜角狀。并且對裂紋 進(jìn)行觀察,裂紋頂尖銳利,主裂紋周邊存有二次裂 紋,二次裂紋周邊也是有較多硫化物及淺粉色沉淀相[如圖3e)]。

1.4 無損探傷

通過無損探傷,發(fā)現(xiàn)裂紋周邊及出現(xiàn)異常條帶處 的顯微組織均是馬氏體[如圖4a),b)],焊接機(jī)構(gòu)為 屈氏體 金相組織[如圖4c)],熱影響區(qū)機(jī)構(gòu)為貝氏 體 少許金相組織[如圖4c)],無瑕疵處的顯微組織 為金相組織 鐵素體[如圖4d)],底層焊接、熱影響區(qū) 及原材質(zhì)無瑕疵處機(jī)構(gòu)未見異常;裂紋周邊存有的硫化橡膠 物條帶由原材質(zhì)延伸到熔合線處停止[如圖4c)],裂 紋兩邊亦無滲碳狀況[如圖4a)]。根據(jù)規(guī)范 GB/T 6394—2017《金屬平均晶粒度測定法》對裂紋周邊 原材質(zhì)、出現(xiàn)異常條帶處晶粒大小開展定級,發(fā)覺均是奧氏 體,晶粒大小為7.5級,內(nèi)未見異常。

1.5 能譜分析

對硫酸鹽及沉淀相開展能譜分析,明確硫酸鹽 為硫化錳,淺粉色沉淀相為富鈮的化學(xué)物質(zhì),能譜分析 部位如下圖5所顯示,分析數(shù)據(jù)如下圖6,7及表2圖示。

2 分析和探討

依據(jù)上述剖析得知,該夾芯板底層 Q345R鋼的 成分合乎 GB/T713-2014規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、晶粒大小 等級未見異常、裂紋兩邊無滲碳、焊接及熱影響區(qū)機(jī)構(gòu) 未見異常。

對夾芯板原材質(zhì)開展宏觀經(jīng)濟(jì)檢測,沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔 合等鑄造缺陷,說明發(fā)生爆炸焊縫質(zhì)量優(yōu)良,發(fā)生爆炸電焊焊接通 過固相互連接,其復(fù)合型頁面間距出現(xiàn)異常條帶偏析地區(qū)較 遠(yuǎn)。對裂紋周邊及出現(xiàn)異常偏析條帶部位進(jìn)行非金屬材料夾雜 物及顯微組織檢測,發(fā)現(xiàn)二者周邊均存在大量 硫酸鹽及呈斜角狀粉紅色沉淀相,夾雜物及沉淀相 沿軋制方向呈條帶層遍布,進(jìn)一步根據(jù)能譜分析確 定裂紋處及出現(xiàn)異常條帶處均是硫化錳及富鈮沉淀相,且兩位置的夾雜物及沉淀相種類一致,無瑕疵處非 金屬材料夾雜物未見異常,說明干裂主要是由夾雜物及沉淀相造成。筒節(jié)對接焊縫處裂紋僅存在 Q345鋼基 層內(nèi),其大概垂直于焊接豎向且距熱影響區(qū)有一定 間距,裂紋周邊存有的非金屬材料夾雜物硫化錳及富鈮 沉淀相條帶由原材質(zhì)區(qū)延伸到熔合線處停止。正常的部 位原材質(zhì)底層顯微組織為金相組織 鐵素體,偏析地區(qū) 顯微組織大多為馬氏體且存在大量夾雜物及沉淀 相,表明鋼中存在重大成分偏析。

當(dāng)鋼中加入錳元素后能與硫元素產(chǎn)生硫化錳夾 臟物時(shí),具備煙氣脫硫作用,能防止熱脆,故錳元素能改 善鋼的煅造性和延展性[2]。鋼中加入少量鈮原素,就是為了根據(jù)鈮元素形成的馬氏體和氮化合物阻攔奧氏 體晶體在加熱時(shí)成長,在冷軋時(shí)抑止馬氏體的再結(jié) 晶及優(yōu)化加工硬化晶體,并且還有沉淀增強(qiáng)的功效,但 前提是所形成的析出相顆粒物細(xì)微且斑點(diǎn)狀彌漫遍布[3]。當(dāng)硫化錳夾雜物匯聚成長產(chǎn)生長條形,鈮的沉淀相 匯聚成長產(chǎn)生有斜角狀小塊沉淀相時(shí),很容易在尖 端產(chǎn)生裂紋源,造成微裂紋[4]。

總的來說,缺點(diǎn)存在底層內(nèi)部結(jié)構(gòu)避開頁面很遠(yuǎn) 部位,其內(nèi)部環(huán)境溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硫化錳和鈮沉淀相形 成環(huán)境溫度,所以在發(fā)生爆炸復(fù)合型環(huán)節(jié)中不會(huì)造成硫化錳和 鈮的沉淀相。因?yàn)榈讓?Q345R 鋼在冶煉廠環(huán)節(jié)中工藝控制不合理,部分成份偏析,所以在這個(gè)區(qū)域形成了大 量硫化錳及富鈮的沉淀相,在軋制過程中,硫酸鹽及 鈮的沉淀相順著軋制方向呈條帶層遍布,很多夾雜 物及沉淀相存在鋼中,受到破壞了基體金屬的連 續(xù)性。

3 結(jié)果及建議

(1)R60702/TA1/Q345R夾芯板缺點(diǎn)為 Q345R 鋼中非金屬材料夾雜物硫化錳和富鈮沉淀相條帶,及由 非金屬材料夾雜物硫化錳和富鈮沉淀相所引起的裂紋。

(2)提議合理控制 Q345R 鋼的冶煉廠加工工藝,以減 少鋼中硫酸鹽及粗顆粒沉淀相進(jìn)行析出。

論文參考文獻(xiàn):

[1]唐瑞波.爆炸復(fù)合板在化工裝備上的應(yīng)用前景[J].中國石油和化工要求和品質(zhì),2012,33(14):103.

[2]李家祥.鋼材金屬材料學(xué):煉鐵一部分[M].北京市:冶金行業(yè) 出版社出版,1990.

[3]冷宇.Nb及熱處理工藝對低碳環(huán)保鑄鋼件顯微組織和物理性能 產(chǎn)生的影響[D].長沙市:湖南師范大學(xué),2016:4-12.

[4]高學(xué)平.某渣漿泵 35CrMo鋼處于被動(dòng)軸斷裂失效剖析[J].理化檢測(物理學(xué)手冊),2020,56(3):43-47.