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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?zèng)_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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)碳化物的聚集又會(huì)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(shí)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。