摘 要:某 R60702/TA1/Q345R復合板筒節(jié)在基層焊縫附近發(fā)生開裂,復合板基層存在裂紋。 通過宏觀檢驗、化學成分分析、金相檢驗及能譜分析等方法對復合板基層缺陷產(chǎn)生原因進行了分 析。結(jié)果表明,復合板缺陷為基層 Q345R鋼中的大量非金屬夾雜物和沉淀相條帶,及由非金屬夾 雜物和沉淀相引起的裂紋。

關(guān)鍵詞:復合板;非金屬夾雜物;沉淀相;裂紋

中圖分類號:TG115;TG335.81 文獻標志碼:B 文章編號:1001-4012(2022)02-0058-04

爆炸復合板是利用高溫高壓爆炸沖擊波將不同 性質(zhì)的金屬板界面固相焊接而成的,目前已大量應 用于石油化工、冶金、機械等行業(yè)[1]。某 R60702/ TA1/Q345R復合板經(jīng)冷卷制造后再進行筒節(jié)的焊 接,完成基層 Q345R鋼焊接。對焊縫進行無損檢測 時,在焊縫附近發(fā)現(xiàn)裂紋(見圖1),并對其復合板母 材進行無損檢測,發(fā)現(xiàn)在 Q345R 鋼層中也存在缺 陷。該復合板采用爆炸焊進行復層焊接,為查找缺 陷產(chǎn)生原因,對其取樣并進行了相關(guān)檢測與分析。

1 理化檢驗

1.1 宏觀檢驗

在母材復合板缺陷處及焊接接頭裂紋處取樣并 進行宏觀檢驗,母材復合板缺陷處試樣經(jīng)酸蝕后未 發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合等焊接缺陷,而在 Q345R 鋼基層中距離復合層界面較遠處存在長約45mm 的異常 條帶,條帶附近有偏析現(xiàn)象[見圖2a)]。焊接接頭 裂紋處試樣經(jīng)酸蝕后,可見一條大致平行于焊縫縱 向的裂紋,裂紋位于母材區(qū) Q345R 鋼的基層,距熱 影響區(qū)約1.5 mm,裂紋附近也存在嚴重偏析現(xiàn)象 [見圖2b)]。

1.2 化學成分分析

在缺陷附近取基層試樣進行化學成分分析,結(jié) 果如表1所示,化學成分符合標準 GB/T713—2014 《鍋爐和壓力容器用鋼板》對 Q345R鋼的要求。

1.3 非金屬夾雜物檢驗

在基層存在異常條帶及焊縫附近裂紋處取樣, 依據(jù)標準 GB/T10561—2005《鋼中非金屬夾雜物 含量的測定》進行非金屬夾雜物的評級。裂紋處試 樣的 檢 驗 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)];異常 條 帶 處 試 樣 的 檢 驗 結(jié) 果 級 別 為 A3.0, B0.0,C0.0,D0.5,Ds0.0,并可見大量淡粉色沉淀相 [見圖3c),3d)],該異常條帶由硫化物及淡粉色沉 淀相所構(gòu)成,與裂紋處夾雜物及沉淀相的類型一致, 且淡粉色沉淀相顆粒較大,呈尖角狀。同時對裂紋 進行觀察,裂紋尖端尖銳,主裂紋附近存在二次裂 紋,二次裂紋附近也有較多硫化物及淡粉色沉淀相 [見圖3e)]。

1.4 金相檢驗

經(jīng)過金相檢驗,發(fā)現(xiàn)在裂紋附近及異常條帶處 的顯微組織均為貝氏體[見圖4a),b)],焊縫組織為 索氏體+鐵素體[見圖4c)],熱影響區(qū)組織為貝氏 體+少量鐵素體[見圖4c)],無缺陷處的顯微組織 為鐵素體+珠光體[見圖4d)],基層焊縫、熱影響區(qū) 及母材無缺陷處組織無異常;裂紋附近存在的硫化 物條帶由母材延伸至熔合線處終止[見圖4c)],裂 紋兩側(cè)也無脫碳現(xiàn)象[見圖4a)]。依據(jù)標準 GB/T 6394—2017《金屬平均晶粒度測定法》對裂紋附近 母材、異常條帶處晶粒度進行評級,發(fā)現(xiàn)均為奧氏 體,晶粒度為7.5級,未見異常。

1.5 能譜分析

對硫化物及沉淀相進行能譜分析,確定硫化物 為硫化錳,淡粉色沉淀相為富鈮的化合物,能譜分析 位置如圖5所示,分析結(jié)果如圖6,7及表2所示。

2 分析與討論

根據(jù)上述分析可知,該復合板基層 Q345R鋼的 化學成分符合 GB/T713-2014標準要求、晶粒度 級別無異常、裂紋兩側(cè)無脫碳、焊縫及熱影響區(qū)組織 無異常。

對復合板母材進行宏觀檢驗,未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔 合等焊接缺陷,表明爆炸焊接質(zhì)量良好,爆炸焊接通 過固相連接,其復合界面距離異常條帶偏析區(qū)域較 遠。對裂紋附近及異常偏析條帶處進行非金屬夾雜 物及顯微組織檢驗,發(fā)現(xiàn)在二者附近均存在大量的 硫化物及呈尖角狀的粉色沉淀相,夾雜物及沉淀相 沿軋制方向呈條帶層分布,進一步通過能譜分析確 定裂紋處及異常條帶處均為硫化錳及富鈮沉淀相, 且兩部位的夾雜物及沉淀相類型一致,無缺陷處非 金屬夾雜物無異常,表明開裂主要由夾雜物及沉淀相引起。筒節(jié)焊接接頭處裂紋僅存在于 Q345鋼基 層中,其大致平行于焊縫縱向且距熱影響區(qū)有一定 距離,裂紋附近存在的非金屬夾雜物硫化錳及富鈮 沉淀相條帶由母材區(qū)延伸至熔合線處終止。正常部 位母材基層顯微組織為鐵素體+珠光體,偏析區(qū)域 顯微組織主要為貝氏體且存在大量夾雜物及沉淀 相,說明鋼中存在嚴重的成分偏析。

當鋼中增加錳元素后可與硫元素形成硫化錳夾 雜物時,具有脫硫功效,可防止熱脆,故錳元素能改 善鋼的鍛造性與可塑性[2]。鋼中添加微量鈮元素, 是為了通過鈮元素形成的碳化物和氮化物阻止奧氏 體晶粒在加熱時長大,在軋制時抑制奧氏體的再結(jié) 晶及細化再結(jié)晶晶粒,同時還有沉淀強化的作用,但 前提是形成的析出相顆粒細小且點狀彌散分布[3]。 當硫化錳夾雜物聚集長大形成長條狀,鈮的沉淀相 聚集長大形成有尖角狀的塊狀沉淀相時,容易在尖 端形成裂紋源,產(chǎn)生微裂紋[4]。

綜上所述,缺陷存在于基層內(nèi)部遠離界面較遠 的部位,其內(nèi)部溫度遠低于硫化錳和鈮沉淀相的形 成溫度,因此在爆炸復合過程中不會產(chǎn)生硫化錳和 鈮的沉淀相。由于基層 Q345R 鋼在冶煉過程中工藝控制不當,局部成分偏析,因此在該區(qū)域產(chǎn)生了大 量硫化錳及富鈮的沉淀相,在軋制過程中,硫化物及 鈮的沉淀相沿著軋制方向呈條帶層分布,大量夾雜 物及沉淀相存在于鋼中,嚴重破壞了基體金屬的連 續(xù)性。

3 結(jié)論及建議

(1)R60702/TA1/Q345R復合板缺陷為 Q345R 鋼中非金屬夾雜物硫化錳和富鈮沉淀相條帶,及由 非金屬夾雜物硫化錳和富鈮沉淀相引起的裂紋。

(2)建議合理控制 Q345R 鋼的冶煉工藝,以減 少鋼中硫化物及大顆粒沉淀相的析出。

參考文獻:

[1] 唐瑞波.爆炸復合板在化工裝備上的應用前景[J]. 中國石油和化工標準與質(zhì)量,2012,33(14):103.

[2] 陳家祥.鋼鐵冶金學:煉鋼部分[M].北京:冶金工業(yè) 出版社,1990.

[3] 冷宇.Nb及熱處理對低碳鑄鋼顯微組織和力學性能 的影響[D].長沙:湖南大學,2016:4-12.

[4] 高學平.某泥漿泵 35CrMo鋼被動軸斷裂失效分析 [J].理化檢驗(物理分冊),2020,56(3):43-47.

<文章來源>材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 58卷 > 2期 (pp:58-61)>