儲氣罐殼體開裂原因分析

張彧瑢，張武鋒，賈廣明

(1.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督研究院，江蘇 南京 211899) (2.江蘇省機械研究設(shè)計院有限責任公司，江蘇 南京 210012)

儲氣罐直徑為325 mm、壁厚為12 mm。其工藝為：首先把φ325 mm×12 mm的無縫鋼管兩頭加熱收口；然后加熱至(870±10)℃，保溫40～60 min，出爐淬入鹽水槽中冷卻至150 ℃左右，取出空冷；再加熱至(560±10)℃回火，保溫120～180 min，出爐空冷。儲氣罐材料為35CrMo鋼，調(diào)質(zhì)熱處理后硬度要求為280～320 HB。但是儲氣罐經(jīng)淬火、回火處理后，發(fā)現(xiàn)殼體中間部位出現(xiàn)橫向裂紋，通過研究找出開裂原因，對指導下一步生產(chǎn)具有重要意義。

1 檢查與結(jié)果

1.1 宏觀斷口形貌

儲氣罐殼體中間部位出現(xiàn)的橫向裂紋[1]如圖1所示。儲氣罐裂紋主要呈橫向分布，形狀不規(guī)則，呈開口狀態(tài)。殼體外表面粗糙，有較厚的氧化皮存在[2]。裂紋處打開，發(fā)現(xiàn)斷面大部分較平坦，局部區(qū)域可看到裂紋從表面凹陷處和灰黑色小斑痕處向中心擴展的特征，如圖2所示。

圖1 儲氣罐開裂后的形態(tài)

圖2 局部斷裂面形態(tài)

1.2 硬度測定

在開裂件上取樣，樣品表面經(jīng)打磨后，測定布氏硬度為298 HB。

1.3 化學成分分析

材料的化學成分分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù))見表1。

表1 儲氣罐化學成分分析結(jié)果 %

1.4 鋼中非金屬夾雜檢查

在殼體裂紋附近取樣，縱向磨樣拋光后按GB/T 10561—2005標準進行檢查和A法評定，結(jié)果A類夾雜物為1.5級、B類夾雜物為1級、C類夾雜物為小于0.5級、D類夾雜物為1級。

1.5 金相檢驗

垂直于裂紋處取樣，經(jīng)制樣后可看到殼體表面氧化皮伸入金屬表層(圖3)，材料中心區(qū)域組織為回火索氏體(圖4)。

圖3 殼體表面擠入氧化物形貌(500倍)

圖4 殼體基體組織形貌(500倍)

2 分析

1)從開裂殼體部位取樣的金相檢查結(jié)果可以看到，殼體外表層存在伸入基體的氧化物。這些伸入基體的氧化物，就如同有很多微裂紋存在于表面，會在淬火過程中產(chǎn)生應力集中而導致殼體的開裂[3]。

2)儲氣罐材料為35CrMo鋼，通常在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。由于該鋼加熱時轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度Ac3為800 ℃、馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度Ms為271 ℃，因此淬火加熱溫度在850 ℃左右[4]。由于鋼中含有的合金元素Mo提高了淬透性，一般情況下采用水或油淬均可使硬度大于50 HRC，然后使用適當?shù)臏囟然鼗?，完全可以達到設(shè)計要求的力學性能。開裂儲氣罐采用的是鹽水淬火，由于在鹽水中淬火時冷卻速度過快[5]，加上淬火溫度較高，在淬火過程中形成較大的熱應力和組織應力，使工件容易產(chǎn)生淬火開裂，尤其是當殼體表面有缺陷形成應力集中時，對淬火裂紋的形成影響更大。

3 結(jié)束語

綜上所述，殼體中間部位出現(xiàn)橫向裂紋的原因是儲氣罐殼體外表層存在伸入基體的氧化物，這就需要增強對原材料進廠的表面質(zhì)量檢驗，以防止由此引起表層原材料不均勻并形成細小缺口，同時采用淬火油或?qū)Ｓ么慊鸾橘|(zhì)作為淬火劑來減小淬火應力，從而大大降低淬火開裂的危險。