Page 36 - 理化检验-物理分册2024年第十二期

金苏柯，等：埋地输油管道焊接弯管开裂原因

2 综合分析

该弯管铺设位置为土质结构，弯管两头的直管
处于固定状态，经现场勘查发现，该管道前侧排水系
统之前发生泄漏，导致管道底部基土被冲散，此外挖
掘和安装也会导致弯管部位土质变松软，临近路面
修复过程中，重载工程车碾压会使弯管部位承受较
大载荷，向下产生微小位移，重载车辆经过后弯管又
[2]
恢复到原始位置 。弯管下方无土质支撑，且需要
图 6 无缝钢管热影响区显微组织形貌
承受自身管道和上方土质的质量，在弯管下方会持
续承受压力。
经过化学成分分析，焊接弯管材料为马氏体不
锈钢，铬元素含量高达8.60%，使该材料淬透性极高，
导致焊接后容易在热影响区形成硬而脆的马氏体，
[3]
因此该材料焊接性能较差 。开裂焊接弯管热影响
区存在硬而脆的马氏体，而高硬度的马氏体氢脆敏
感性较大，在受到持续拉伸应力的作用下，极易发生
氢致延迟性断裂 。马氏体含有较多晶界和位错缺
[4]
图 7 无缝钢管母材显微组织形貌 陷，是一种非平衡组织，其引发氢脆的概率远高于其
他组织 ，由于氢在马氏体相中的扩散系数比在铁
[5]
素体中低，加之具有大组织应力特征，极易发生氢
致断裂。导致氢致断裂的氢气来源主要有两种：内
部氢和外部氢。内部氢是因为金属材料在冶炼、焊
接等加工过程中吸收了氢气；而外部氢是因为在泥
土潮湿环境下，氢浓度较高，氢气以原子形式渗入钢
中，被钢的基体溶解吸收，形成分子氢的富集，造成
氢脆。氢浓度随着空气湿度的增加而增加，高强度

图 8 冲压弯头热影响区显微组织形貌 马氏体钢在湿度不小于30%的空气环境下就存在氢
致断裂的风险。

3 结论

（1）该开裂埋地输油管道由无缝钢管和冲压弯
头焊接而成，无缝钢管材料符合25号钢的国标要求，
而冲压弯头材料铬元素含量高达8.60%，属于马氏
体不锈钢，其焊接性能较差。
（2）该埋地输油管道弯管前侧排水系统之前发
生泄漏，弯管底部基土被冲散，弯管下方无土质支
图 9 冲压弯头母材显微组织形貌
撑，弯管下方会持续承受压力。
1.5 硬度测试 （3）该埋地输油管道开裂呈沿晶扩展特征，具有
分别对焊缝区、冲压弯头热影响区、母材区 氢致延迟性断裂特征。
进行维氏硬度测试，冲压弯头热影响区硬度达到 （4）导致埋地输油管道氢致延迟性开裂的主要
424 HV0.5，远大于母材区（198 HV0.5）和焊缝区 原因与冲压弯头选材不当有关，建议选择25号钢进
（210 HV0.5），这是由于焊接弯管在焊接冷却后生成 行替代，可适当增加弯头的壁厚，避免介质冲刷弯头
脆而硬的马氏体。 （下转第47页）

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