20鋼焊接Y型過濾器材質性能分析

某石化公司烯烴廠高溫水Y型過濾器服役時發生了突然爆裂，其服役時間為9年，殼體為20鋼無縫鋼管，環焊對接。鋼管外徑240mm、壁厚12mm，工作時內壓約4.0MPa、管內的水溫為240~300℃、管外環境溫度約60℃，爆裂發生在焊縫附近。

對Y型過濾器失效焊縫未爆裂部分及其附近材質的化學成分進行了化學分析，結果如表1所示。可見，失效焊縫和基體的化學成分比較接近，主要成分均在正常成分范圍內。

對Y型過濾器失效焊縫未爆裂部分及其附近的基體材質的力學性能進行了測試，結果如表2所示。可見，Y型過濾器失效焊縫的延伸率(δ)和V形缺口試樣夏比沖擊吸收力(AKV)均較基體材料的明顯降低。同時，雖然焊縫的屈服強度(σa)與基體的差別不大,但其抗拉強度(σb)明顯較低。這些數據均表明焊縫區材質存在一定程度的劣化，可以推斷出在殘余應力或循環熱疲勞載荷作用下，焊縫區更易于萌生裂紋和裂紋易擴展。

20鋼Y型過濾器失效斷口附近不同部位經4%硝酸酒精溶液浸蝕后的顯微組織形貌。可見，基體組織較均勻，由細小的鐵素體和珠光體組成，夾雜物顆粒較小，密度較低，基本為球狀且均勻分布；焊接熱影響區和焊縫區的組織明顯粗化且分布不均，不僅具有條狀馬氏體和魏氏體組織，且明顯存在蠕變孔洞和微小裂紋，這可能是由于Y型過濾器內壁生成腐蝕產物及結垢使得管壁溫度持續偏高并引起珠光體球化和蠕變，導致管壁材質的組織劣比，進而致使其力學性能下降。