20鋼焊接Y型過濾器材質(zhì)性能分析

某石化公司烯烴廠高溫水Y型過濾器服役時發(fā)生了突然爆裂，其服役時間為9年，殼體為20鋼無縫鋼管，環(huán)焊對接。鋼管外徑240mm、壁厚12mm，工作時內(nèi)壓約4.0MPa、管內(nèi)的水溫為240~300℃、管外環(huán)境溫度約60℃，爆裂發(fā)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(zhì)的化學(xué)成分進行了化學(xué)分析，結(jié)果如表1所示。可見，失效焊縫和基體的化學(xué)成分比較接近，主要成分均在正常成分范圍內(nèi)。

對Y型過濾器失效焊縫未爆裂部分及其附近的基體材質(zhì)的力學(xué)性能進行了測試，結(jié)果如表2所示?？梢?，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(shù)據(jù)均表明焊縫區(qū)材質(zhì)存在一定程度的劣化，可以推斷出在殘余應(yīng)力或循環(huán)熱疲勞載荷作用下，焊縫區(qū)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(jīng)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(qū)和焊縫區(qū)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(nèi)壁生成腐蝕產(chǎn)物及結(jié)垢使得管壁溫度持續(xù)偏高并引起珠光體球化和蠕變，導(dǎo)致管壁材質(zhì)的組織劣比，進而致使其力學(xué)性能下降。