Page 53 - 理化检验-物理分册2024年第八期
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张新占，等：合成氨企业管道弯头环向断裂原因
壁厚为24 mm，弯曲半径为438 mm，弯管与直管焊 Ni、Mo、Cu、V等元素成分均符合GB 6479—2013
接连接。管道设计压力为16 MPa，实际管内压力一 的要求，N元素含量高于GB 6479—2013的要求。
般稳定在13.5 MPa，介质温度为23~27 ℃，介质为 1.3 扫描电镜 （SEM）和能谱分析
醇后气，其中N 2 的体积分数为24.05%，H 2 的体积分 在弯头断口裂纹源与裂纹扩展区分别取样，使
数为74.21%，CO的体积分数为0.5%，CO 2 的体积 用扫描电子显微镜对试样进行观察，结果如图3所
分数为0.2%，CH 4 的体积分数为1%，还含有微量甲 示。由图3可知： 断口的开裂方式主要为穿晶解理断
醇。笔者采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜 裂，各部位均未发现异常缺陷及原始裂纹区域。
（SEM）和能谱分析、力学性能测试、低倍检验、金相 利用附带的能谱仪对断口裂纹源处进行微区成
检验等方法对弯头断裂原因进行分析，以防止该类 分分析，结果如图4所示。由图4可知：断口裂纹源
问题再次发生。 处主要含有Fe、O元素，还有少量的Al、Si、K、Cr和
Mo元素， 未发现S、Cl等腐蚀性元素。
1 理化检验
1.4 力学性能测试
1.1 宏观观察 在弯头断口附近及与弯头相连接的直管段分别
断裂弯头宏观形貌如图2所示。由图2可知：弯 截取横向拉伸、横向冲击（V型缺口）及截面试样，
头内、外表面氧化均较明显，存在大量肉眼可见的氧 对这些试样进行力学性能测试，结果如表2所示。由
化腐蚀坑；断裂截面壁厚不均，外弧侧减薄明显，厚 表 2 可知：直管段力学性能均符合GB 6479—2013
度最小处为19.6 mm，减薄原因主要为弯制过程中 的要求；弯头段的拉伸曲线欠规则 ，抗拉强度、塑
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的拉伸变形及使用过程中的冲刷、腐蚀减薄，内弧侧 性延伸强度明显升高，断后伸长率远低于标准要求；
最厚为29.6 mm，主要由弯制过程中的挤压变形造 弯头的冲击吸收能量明显低于GB 6479—2013的要
成；断裂位于弯头45°处，断裂位置无明显宏观变形， 求。冲击断口平齐，无明显塑性变形区，呈现闪亮的
断裂的两段可拼合复原；断口较为平齐，呈放射状花 金属小刻面脆断特征，未发现裂纹、白点、分层、夹
样，断口处未见其他肉眼可见缺陷，断口呈脆性断裂 渣等缺陷。
特征；图2b）中右侧椭圆区域为主裂纹源区，位于弯 1.5 低倍检验
头内弧侧的外表面，断口上、下方的箭头指示区域为 在断口附近截取试样，将试样置于盐酸水溶液
次裂纹源区，箭头方向指示裂纹的扩展方向。 中，加热至70 ℃，腐蚀20 min，快速刷洗、吹干试样
1.2 化学成分分析 后观察其低倍组织，结果如图5所示：弯头外弧侧1
从弯头断口附近截取试样，用火花原子发射光 号区域组织较均匀，为等轴细晶区；2号区域组织粗
谱仪和氧氮氢分析仪对试样进行化学成分分析，结 大，存在枝晶偏析，为树枝状晶体组成的柱状晶区；
果如表 1 所示。由表 1 可知：C、Si、Mn、P、S、Cr、 靠近内壁3号区域存在大量环形疏松， 越靠近内表面
图 2 断裂弯头宏观形貌
表1 弯头的化学成分分析结果 %
质量分数
项目
C Si Mn P S Ni Cr Cu Mo V N H
实测值 0.22 0.24 0.57 0.012 0.009 0.022 0.037 0.052 0.012 0.002 0.008 6 0.000 09
标准值 0.17~0.23 0.17~0.37 0.35~0.65 ≤0.025 ≤0.015 ≤0.25 ≤0.25 ≤0.20 ≤0.15 ≤0.08 ≤0.008 —
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