本文采用宏觀檢測、化學(xué)成分分析、金相分析、掃描電子顯微鏡分析、能譜分析等方法,尋找不銹鋼管管段出現(xiàn)大量微裂紋現(xiàn)象的根本原因,以避免由此缺陷造成重大事故.通過金相分析發(fā)現(xiàn),所測管段樣品內(nèi)部和內(nèi)壁的金相組織結(jié)構(gòu)為正常的鐵素體和珠光體,但靠近外壁處有在100μm左右的不完全脫碳現(xiàn)象.通過SEM檢測發(fā)現(xiàn),在靠近熱影響區(qū)附近有大量的裂紋不均勻分布,靠近裂紋處較多,裂紋大多起源于表面,深入表面后便沿著管徑向遠(yuǎn)離焊縫方向延伸,裂紋呈沿晶和穿晶共存的混晶態(tài)延伸;通過EDS的線掃描、面掃描和點(diǎn)掃描可以發(fā)現(xiàn)在靠近外表面處有明顯的脫碳現(xiàn)象,根據(jù)管外壁裂紋的形貌特征、產(chǎn)生部位和延伸特性可以判斷,產(chǎn)生的裂紋為冷裂紋.
焊接技術(shù)在重大工程建筑中越來越重視，不銹鋼管廠家為了保證焊接質(zhì)量，焊接缺陷分析與防止受到人們的關(guān)注，特別是化工容器、電力管道、石油天然氣管線、船舶制造等，焊接缺陷往往是引發(fā)重大事故的隱患，涉及企業(yè)發(fā)展甚至社會的安全。我們在對某海洋石油平臺高壓天然氣回注線路進(jìn)行檢修時，通過磁粉探傷的無損檢測發(fā)現(xiàn)天然氣緩沖罐出口至注氣機(jī)入口管線表面有大量的微裂紋，管內(nèi)介質(zhì)為伴生氣（微量硫化氫），溫度為30-35℃，壓力3.3-3.5Mpa,不銹鋼管廠家為了尋找出現(xiàn)火量微裂紋現(xiàn)象的根本原因，分別對管段進(jìn)行宏觀檢測，化學(xué)成分分析，金相分析，掃描電子顯微鏡分析和能譜分析，以避免由此缺陷造成重大事故。
1檢測儀器及方法
首先我們對管段的母材進(jìn)行化學(xué)成分分析；采用OLYMPUS GX41火型光學(xué)顯微鏡進(jìn)行金相分析；采用Quanta FEG 650場發(fā)射掃描電鏡和EDAX/TSL能譜儀對管段腐蝕產(chǎn)物的微觀形貌利點(diǎn)掃描、線掃描和面掃描對成分進(jìn)行分析。
2分析與測試
2.1管段宏觀分析
2.1.1原始外觀形貌
(1)試樣取自天然氣緩沖罐出口至注氣機(jī)入口管線，管內(nèi)介質(zhì)為伴生氣（微量硫化氧），其宏觀形貌如圖1所示。不銹鋼管廠家從圖中可知管段外壁無明顯的腐蝕缺陷，采用無損檢測技術(shù)對管段進(jìn)行探傷，發(fā)現(xiàn)彎管部位無明顯缺陷，但在靠近焊縫的熱影響區(qū)的直管上有裂紋存在，大體走向呈沿著管徑方向。
2.1.2管段清洗腐蝕產(chǎn)物后宏觀形貌
圖2-3為管段中有微裂紋處試樣清洗前后對比照片，清洗后內(nèi)外壁表面較光滑呈現(xiàn)金屬光澤，有一些凹凸不平的小腐蝕坑，未見裂紋等其它明顯缺陷，腐蝕以并不嚴(yán)重的均勻腐蝕為主。
2.2大型光學(xué)顯徽鏡分析
分別截取管段的一塊樣品磨制金相試樣，在OLYMPUS GX41大型光學(xué)顯微鏡下觀察，金相顯微組織見以下各圖。
(1)圖4-圖9為試樣金相顯微組織的照片，其中圖4和圖8為管段金相試樣宏觀照片及觀察金相的位置和方向示意圖，沿著圖中所示的箭頭方向觀察，分別為沿著焊縫方向和從焊縫開始逐漸遠(yuǎn)離焊縫方向，觀察從圖中可以得出：金相組織為白色的鐵素體和黑色的珠光體，對比外表面與內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)，試樣的內(nèi)壁和內(nèi)部組織正常，在外壁有不完全脫碳現(xiàn)象存在，脫碳層深度達(dá)300微米，在脫碳區(qū)有裂紋不均勻分布，靠近焊縫區(qū)域的裂紋明顯較多，從30-150微米深度大小不一，從裂紋走勢上可以看出，裂紋在內(nèi)部很淺的范圍后便沿著管徑向遠(yuǎn)離焊縫的方向延伸，最遠(yuǎn)達(dá)500～600微米。
2.3場發(fā)射掃描電子顯微鏡分析
2.3.1微觀形貌
(1)試樣剖面形貌觀察
不銹鋼管廠家采用Quanta FEG 650場發(fā)射掃描電鏡進(jìn)一步將金相試樣的形貌進(jìn)行了觀察分析，并利用EDAX廠能譜對管段外壁進(jìn)行了點(diǎn)掃描，線掃描和面掃描的成分分析。
圖10-圖11為管段外壁的微觀形貌，其中圖10為沿著焊縫方向觀察，圖11為遠(yuǎn)離焊縫方向觀察，從圖中可以看出在靠近外壁處有裂紋不均勻分布，裂紋由表面產(chǎn)生后向內(nèi)延伸，深度深淺不一，最深處高達(dá)300多微米，裂紋擴(kuò)展到一定深度后便沿著管徑逐漸遠(yuǎn)離焊縫在內(nèi)部延伸，最遠(yuǎn)處達(dá)500多微米。
(2)浸蝕試樣剖面觀察
圖12為管段金相刻蝕后SEM微觀形貌，從圖中可以明顯看出外壁表面有裂紋不均勻的分布，在靠近焊縫處較多，裂紋大多起源于外表面，呈沿晶和穿晶的混晶態(tài)延伸，深度一般在幾十到一百微米后便沿著管徑遠(yuǎn)離焊縫在內(nèi)部延伸。
2.3.2微區(qū)元素分析
利用EDAX/TSL能譜對管段外壁進(jìn)行點(diǎn)掃描，線掃描，面掃描等成分分析。圖14為管段外壁的面掃描成分分析圖，從圖14中可以明顯得出，在靠近外壁80微米范圍內(nèi)，C元素的分布明顯較稀薄，說明表面有不完全脫碳現(xiàn)象。
圖15-16為管段外壁的線掃描成分分析圖，從圖17中可以明顯得出，在靠近外壁120微米范圍內(nèi)，C元素的分布明顯較稀薄，說明表面有不完全脫碳現(xiàn)象。
2.5綜合分析
試樣化學(xué)成分的分析結(jié)果表明管段的化學(xué)成分符合GB/T699-1999中不銹鋼管的要求。試樣內(nèi)壁附著的腐蝕產(chǎn)物主要呈棕黑色和黃色，主要為正常的均勻腐蝕，未發(fā)現(xiàn)腐蝕造成的裂紋。管段外壁經(jīng)過清洗后的對比照片可以看出，表面沒有明顯的腐蝕裂紋，以正常的均勻腐蝕為主。
不銹鋼管廠家通過SEM檢測發(fā)現(xiàn)，在靠近熱影響區(qū)附近有大量的裂紋不均勻分布，靠近裂紋處較多，裂紋大多起源于表面，深入表面后便沿著管徑向遠(yuǎn)離焊縫方向延伸，裂紋呈沿晶和穿晶共存的混晶態(tài)延伸。
所測管段樣品的金相組織結(jié)構(gòu)為鐵素體和珠光體，內(nèi)部和內(nèi)壁的金相組織正常，在靠近外壁處有不完全脫碳現(xiàn)象，通過EDS的線掃描、面掃描和點(diǎn)掃描同樣發(fā)現(xiàn)有脫碳現(xiàn)象，脫碳層深度大多在在lOOpm左右。
綜上所述可以判斷產(chǎn)生的裂紋為冷裂紋，冷裂紋是焊后冷至較低溫度下產(chǎn)生的，產(chǎn)生冷裂紋的內(nèi)在因素有氫、應(yīng)力、組織：外在因素有空氣的濕度、預(yù)熱溫度、焊接熱輸入、母材、焊接過程中的咬邊、未焊透等其他工藝缺陷。由于缺少現(xiàn)場的數(shù)據(jù)和資料，無法對其產(chǎn)生冷裂紋的具體原因分析，推斷可能由于焊接工藝不當(dāng)?shù)仍蛟斐杀矶木植棵撎?，最后?dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。
3結(jié)論
(1)管外壁裂紋的具有尖銳缺口和長寬比大的形貌特征；
(2)產(chǎn)生部位在靠近焊縫熱影響區(qū)，裂紋大多起源于表面：
(3)深入表面后便沿著管徑向遠(yuǎn)離焊縫方向延伸，裂紋呈沿晶和穿晶共存的混晶態(tài)延伸特性；
不銹鋼管廠家根據(jù)管外壁裂紋的形貌特征、產(chǎn)生部位和延伸特性可以判斷，產(chǎn)生的裂紋為冷裂紋，建議解決以上問題可以采取合理選用焊接材料和嚴(yán)格控制焊接工藝等措施，例如合理選擇預(yù)熱溫度、緊急后熱、保證焊條、焊劑、工作區(qū)域的干燥等，因?yàn)楹附永淞鸭y存在潛伏期，一般在焊后一段時間產(chǎn)生，所以，如果在裂紋產(chǎn)生前能及時加熱處理，也能達(dá)到防止冷裂紋的目的。