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316L焊管在生产过程中开裂原因的分析

2012-4-19 08:43| 发布者: 花瓣七七| 查看: 1929| 评论: 0|原作者: 才筝,张志霞

摘要: 摘要:316L焊管在生产过程中沿管壁圆周方向的裂纹。采用宏观形貌观察、金相显微镜观察、扫描电镜和能谱分析等方法对焊管开裂原因进行了分析。结果表明:焊管断裂方式为沿晶断裂,在断裂晶面和附近晶界上有铜元素富集 ...

摘要:316L焊管在生产过程中沿管壁圆周方向的裂纹。采用宏观形貌观察、金相显微镜观察、扫描电镜和能谱分析等方法对焊管开裂原因进行了分析。结果表明:焊管断裂方式为沿晶断裂,在断裂晶面和附近晶界上有铜元素富集,管壁内侧有富铜颗粒粘附。开裂主要原因为液相铜扩散进入奥氏体晶界引起晶界脆化,在应力作用下引起焊管开裂。

关键词:焊管;铜;液相;扩散

文献标志码:A    文章编号:1001-0777201103-0048-03

 

Analysis of 316L Welded Pipe Cracking in Production Process

 

CAI ZhengZHANG Zhi-xia

(1.    Stainless Steel Technology CenterBaosteel Research InstituteShanghai 200431China2. School of Materials Science and EngineeringShanghai Jiaotong UniversityShanghai 200030China)

 

AbstractSince 316L welded pipe cracked along the wall circumference during production processthe causes of pipe cracking were investigated by macro-observationmicroscopeSEM and EDS. The results show that the fracture mode was intergranular crackand copper enriched on fracture surface and grain boundary. Copper-rich particles were found adhering to the inside of tube. The main reason for cracking is liquid copper diffused into austenite grain boundary and grain boundary embrittlement was causedso the welded pipe cracked under stress.

Keywordswelded pipecopperliquid phasediffuse

 

钢管公司采用316L不锈钢加工焊管,用于制作热交换器的重要部件。主要生产流程为:带钢弯曲成形-钨极氩弧焊对接焊-退火-水下压力测试-成品。在水下测试试验时发现管壁有漏气现象,观察发现管壁沿圆周方向存在多处裂纹。由于这种裂纹比较细小,肉眼难以发现,一旦不慎用于产品上将会产生严重危害,因此本文对缺陷样品进行了分析,找到焊管开裂的主要原因。

1.       试验过程和结果

1.1.       裂纹宏观形貌

316L焊管进行了整体观察后发现,焊管直径25mm,壁厚1.4mm。裂纹分布无规律,长度约为3~5mm,大多数裂纹位于母材处,离焊缝和热影响区较远如图1a)。将焊管剖开后,发现裂纹内侧有液滴状颗粒物粘附于内管壁,在三维视频显微镜下观察,颗粒物呈凸起形貌,位于裂纹的中间位置如图1b)。裂纹断口呈黄紫色,由外壁颜色逐渐加深如图1c)。

1  裂纹宏观形貌

Fig. 1  The macroscopic morphology of the crack

 

1.2.       化学成分

钢管的化学成分见表1。从表1看出,各元素的含量均在ASTM A240/A240M-05标准规定的范围内。

1  焊管化学成分(质量分数)

                     Tab. 1  Chemical composition of welded tube                   %

元素

C

Mn

P

S

Si

Cr

Ni

Mo

N

实测值

0.015

1.37

0.029

0.001

0.50

16.22

10.18

2.06

0.033

标准

≤0.030

≤2.00

≤0.045

≤0.03

≤0.75

16.0~18.0

10.0~14.0

2.00~3.00

≤0.1

 

1.3.       金相分析

在裂纹附近的钢管上截取试样进行金相分析,金相显微镜下观察发现焊管缺陷位置的夹杂物分布正常,经GB/T10561-2005标准评级结果为氧化铝类细系1.0级,球状氧化物细系0.5级。样品经过腐蚀观察,组织为奥氏体。裂纹呈树枝状,沿晶界扩展,主裂纹附近的晶界上同时还发现有二次裂纹如图2所示。

2  裂纹显微组织

Fig. 2  The microscopic morphology of the crack

 

1.4.       扫描电镜和能谱分析

取断口处试样在扫描电镜上进一步观察裂纹特征并利用能谱仪分析。裂纹断口呈沿晶断裂形貌,见图3。晶界处有片层状物质剥离破碎。对粘附在管内壁的颗粒和断口处的晶界进行了能谱分析,从分析结果来看,焊接内部的颗粒物和晶界上碎片状物质成分与基体明显不同,尤其铜元素明显偏高。能谱线扫描的结果表明铜元素在管壁内侧含量较高,管壁外侧逐渐降低见图4。取裂纹截面试样经过抛光后在电镜下进行观察和能谱分析,发现主裂纹附近的部分晶界上,有铜元素富集,其结果见表2

3  断口及附近警戒形貌

Fig. 3  Morphology of fracture and grain boundry

4  断口处元素线扫描

Fig. 4  Line scanning of element distribution near fracture

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