Page 83 - 理化检验-物理分册2021年第十二期

顾宝兰, 等: 石化装置异径三通管件泄漏原因

1.5 力学性能试验 向一致; 折叠尾端一般呈小圆角或鸡爪形; 对于碳
在失效三通管件的小管段未开裂侧过渡管径位 钢, 两侧则一般有氧化、 脱碳现象, 随组织流线挤压
置和直管段位置分别取拉伸、 冲击及硬度试样, 进行 或局部成分偏析 [ 3 ] 。
常温拉伸和冲击试验, 试验结果如表2所示。可见 上述开裂部位的断口形貌特征及金相分析均符
不同位置的拉伸和冲击性能数据基本一致, 且都满 合折叠的特点。裂纹的形成主要是源于原管坯上的

足 ASME SA335 — 2010 对 P11 钢 力 学 性 能 的 夹杂( 渣) 和折叠缺陷, 在三通管件冷挤压过程中, 缺
要求。 陷也同时随金属挤压发生了变形, 穿透了整个壁厚,
表2 异径三通管件不同部位的力学性能试验结果 也就是说裂纹在三通管件冷挤压过程中已经产生。

Tab 2 Mechanical p ro p ertiestestresultsofdifferent p arts 该失效三通管件采用冷挤压成型工艺, 三通管

ofthereducin g tee p i p efittin g
件进行冷挤压成型过程中, 过渡径部位是高应力区,
屈服强度 / 抗拉强度 /断后伸长率 /冲击吸收能量 也是变形量最大的部位 [ 4-5 ] , 金相检验及硬度测量结
取样位置
/
MPa MPa % K V2 J
果均表明该失效三通管件的组织和硬度均存在不均
直管段过渡管径处 324 537 36.5 106 , 97 , 93 匀现象, 且过渡径位置硬度偏高, 说明三通管件冷挤
直管段 341 522 36.0 103 , 103 , 106 压成型后在进行最终的正火+回火热处理时, 没有
标准值 ≥205 ≥415 ≥30 ( 横向) - 达到热处理工艺标准要求, 没有消除冷挤压时形成
的材料冷作硬化。冷挤压三通管件主管与支管过渡
在裂纹附近的过渡管径处及远离裂纹的直管段
区域是其结构的薄弱环节, 也是三通管件质量控制
位置处分别进行布氏硬度测试, 测试结果见表 3 。
的重要关键点之一, 采用这种工艺生产的三通管件
结果表明, 不同位置的硬度不均匀, 在三通管件变径
必须及时消除应力, 防止发生脆性开裂 [ 6 ] 。
处硬度偏高, 接近小管端部的硬度与远离裂纹位置
的硬度较低。 3 结论及建议
表3 异径三通管件不同位置的布氏硬度测试结果
该失效三通管件本身存在铸造夹杂( 渣) 和制管
Tab 3 Brinellhardnesstestresultsofthereducin g tee p i p e

fittin g atdifferent p ositions HBW2.5 产生的折叠缺陷, 在冷挤压过程中沿原始缺陷在变
过渡径↔小管端部 大管径 形量最大的过渡径部位已经开裂, 因而在后续水压
1 2 3 4 5 6 1 2 3 试验时发生泄漏。
为避免此类问题的发生, 建议加强对三通管件
194 186 180 175 169 166 159 159 165
原始管坯的出厂检验, 同时严格控制三通管件的成
2 分析与讨论 型工艺。

失效三通管件材料化学成分和力学性能均符合 参考文献:
ASMESA335 — 2010对 P11钢的技术要求。从金

[ 1 ] 王长安, 聂向晖, 安顺. 冷挤压无缝等径三通泄漏原因
相检验和断口分析结果来看, 裂纹两侧及裂纹尖端
位置处组织均存在偏析, 且裂纹内有条状物, 能谱分 探究[ J ] . 安全分析, 2017 , 34 ( 3 ): 65-69.
[ 2 ] 符建安, 陈加钦, 曾锐, 等. 燃气管道风险评价与全面
析结果显示该物中除有基体元素铁和铬的氧化物
检验实践[ J ] . 压力容器, 2014 , 31 ( 2 ): 62-66.
外, 同时还有硫、 钙等杂质元素, 说明在裂纹处存在
[ 3 ] 淡婷, 李晓光, 何莎, 等. 紧固件折叠缺陷的开裂失效
铸造时产生的原始夹杂( 渣)。从裂纹打开后断口形
典型案例分析[ J ] . 物理测试, 2019 , 37 ( 4 ): 39-44.
貌特征来看, 该开裂并非金属基体断裂产生的形貌, [ 4 ] 苏厚德, 冯玉洁, 樊建领. 异径挤压三通应力的有限元
而是类似折叠缺陷的形貌特征, 且缺陷贯穿了整个 分析[ J ] . 石油化工高等学校学报, 2010 , 23 ( 3 ): 86-
壁厚。折叠缺陷是在金属变形流动过程中, 由已被 89.
氧化过的金属汇合在一起而形成的, 常见形状是存 [ 5 ] 梅其志. 受内压焊制三通管件强度的研究[ J ] . 压力容
在于轧件一侧的贯穿材料全长的折叠、 在轧件两边 器, 1992 , 9 ( 6 ): 20-31.
[ 6 ] 刘迎来. 管道工程用三通泄漏失效分析及处理对策
相对称的侧面上贯穿全长的折叠或存在于锻轧件全
[ J ] . 金属热处理, 2007 , 32 ( 增刊1 ): 106-110.
长上的( 断续的、 分散的) 折叠等。折叠横截面显微
组织一般具有以下特征: 折叠与其周围金属流线方

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