SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘 要 ：分析20# 钢热煨弯管服役不到2 年发生失效原因。通过分析该热煨弯管的化学成分、力学性能和金相组织及腐蚀点区 域的能谱图，发现该热煨弯管热处理工艺不当导致金相组织不均一，未消除弯管外弧残余拉应力 ；输送介质中 S 的存在导致介 质呈酸性， 流体内的固体颗粒物对弯管外弧面的内壁产生较大的冲蚀作用加强了腐蚀情况的发生， 从而导致弯管发生失效穿孔。
关键词 ：20# 钢热煨弯管 ；腐蚀 ；冲蚀 ；穿孔 ；失效分析
20# 钢热煨弯管失效形式多样，其中介质流动造成的冲蚀 破坏是管道常见的失效形式之一 [1，2]。20# 钢热煨弯管发生腐 蚀泄漏。该弯管制造工艺为热煨成型，材质 20# 钢，弯管母材 Φ219*10, 材质20# 无缝钢管， 执行标准为 GB/T 8163-2008《输送 流体用无缝钢管》，热煨工艺应符合介质输送要求。此管线设计 流量 150m³/d（流体）、，压力2.5Mpa, 设计温度 70℃。实际服役时 间未超过2 年 , 发生腐蚀穿孔。
1 无损检测
使用游标卡尺测量弯管过渡区截面壁厚，测得结果为 10.17mm。使用PHASOR XS 相控阵超声波探伤仪对过渡区未有 涂层的部位进行斜波入射轴向及轴向扫查，对母材内部横向及 纵向缺陷进行相控阵超声波检测， 回波显示分析， 在扫查区域的 母材内部未发现有明显缺陷回波显示， 未检测到缺陷。由于弯曲 处腐蚀严重， 对无损检测的检验结果有较大影响， 无法对其开展 有效分析和判定。
2 化学成分分析
使用斯派克直读光谱仪对过渡区、弯曲处腐蚀点附近进行 化学成分分析。检验结果表明，失效弯管化学成分符合 GB/T 8163-2008《输送流体用无缝钢管》的标准要求。
3 力学性能检验
3.1 拉伸试验
在过渡区外侧及内侧的直管段部分分别取拉伸试样，试样 宽度 38mm,标距 110mm， 按照 GB/T 8163-2008标准在室温下进 行拉伸试验，试验设备为 Zwick Z330RED 型电子万能材料试验 机。结果表明， 热煨弯管力学性能符合 GB/T 8163-2008 的标准要求。
3.2 硬度试验
取弯管过渡区的腐蚀点、腐蚀点周边及直管段部分，弯曲处 外弧面的腐蚀点、腐蚀点周边及内弧面部分开展全截面试样测 试弯管截面硬度， 试验设备为KB3000BVRZ-VIDEO型数字万能 硬度试验机， 结果见表2。
根据 SY/T 5257-2012 的要求，可知过渡区直管段部分符合 标准要求， 但过渡区腐蚀点处、弯曲处外弧面腐蚀点处及腐蚀点 周边的硬度值均已超过 C级弯管的硬度要求 , 弯曲处外弧面腐蚀 点的硬度值已超过B级弯管的硬度要求。
4 金相分析
取过渡区的腐蚀点处、腐蚀点周边及直管段，弯曲处外弧面 腐蚀点、腐蚀点周边及内弧面部分的金相试样，使用蔡司Axio Observer A1M 型倒置金相显微镜进行显微组织观察分析。结果 见表 3。
失效弯管感应弯曲后的显微组织并不均一，不符合 SY/T 5257-2012 中的要求。20# 钢热轧态应为铁素体 + 珠光体，而过 渡区及弯曲处上贝氏体的大量存在，对材料的塑性及韧性会产 生较大影响， 这可能是导致发生腐蚀的原因之一。
5 微观分析
对弯管过渡区及弯曲处的腐蚀点开展电子显微镜微观形貌 扫描和微区能谱分析。试验设备为Thermo Fisher Scientific 公司 Quattro S 型扫描 电子显微镜， 牛津仪器公司 Oxford X-MAX20 型能谱仪。过渡区、弯曲处腐蚀点及腐蚀带内的微观形貌如图 1所示，均表现为较平滑的层状及不规则的疏松状结构腐蚀产物。微区能谱分析发现腐蚀产物主要成分均为 O、Na、Al、Si、S、Cl、 K、Ca、Fe，氧元素含量较高可能由于弯管取样后在空气中形成
氧化物， 无法确认是否由于弯管内流体所含。
过渡区、弯曲处黑色腐蚀沉积物微观形貌如图2所示，主要 呈球形颗粒状结构，沉积物中球形颗粒数量较多，最大颗粒尺 寸超过 1mm ；对过渡区及弯曲处不同形态的三处位置进行微区 能谱分析，发现腐蚀产物主要成分为 O、Na、Mg、Al、Si、S、Cl、 K、Ca、Mn、Fe。但沉积物中 S 元素含量相比腐蚀带内的硫元素 含量高出约 17.4%，初步分析是由于弯管内输送流体中硫元素含 量较高， 以至形成硫化腐蚀产物。
另对弯管内壁取片状腐蚀产物，对其进行平面及截面微观 形貌及能谱分析。腐蚀产物表面呈沙粒状颗粒物，见图 3，腐蚀 产物片层厚度约为 0.9mm ～ 1.0mm，对三处不同位置进行微区 能谱分析，发现腐蚀产物主要化学成分为 O、Al、Si、S、K、Ca、 Fe。发现 S 元素含量较高，分析是由于弯管内输送流体中 S 元素含量较高， 与弯管内壁发生腐蚀作用， 并与流体中的固相颗粒相结合， 形成片状腐蚀产物。
6 综合分析
（1）20# 钢热煨弯管化学成分、力学拉伸性能符合 SY/ T5257—2012 和 GB/T 8163—2008 的标准要求。过渡段弯曲处 外弧面的维氏硬度较高， 过渡区腐蚀点处、弯曲处外弧面腐蚀点 处及腐蚀点周边的硬度值均已超过 C 级弯管的硬度要求，其中 弯曲处外弧面腐蚀点的硬度值已超过B级弯管的硬度要求。
（2）弯管金相显微组织不均一，不符合 SY/T 5257—2012 的 标准要求。
（3）微区能谱分析发现腐蚀沉积物及内壁腐蚀产物中 S 元素 含量较高。
7 结语
弯管热煨过程中，由于热处理工艺不当，弯管整体热处理不 均匀， 外弧面管壁金相组织中存在上贝氏体， 且未消除外弧面管 壁拉应力，存在残余应力，降低了材料性能，是造成弯管腐蚀失 效的主要原因 ；输送介质中因 S 元素的存在， 导致输送的流体呈 酸性，从而对弯管内壁产生腐蚀作用 ；弯管腐蚀处处于外弧面 与流体入口呈约 7°～ 20°夹角的位置，流体在输送过程中在 此处开始发生流向变化，流体内的固体颗粒物对弯管外弧面的 内壁产生较大的冲蚀作用。综上，弯管外弧面存在残余拉应力， 材料性能降低， 在管道流体介质的不断冲刷作用下， 外弧面内壁 发生持续的冲蚀， 导致失效情况发生。
参考文献
[1] 郭有田 , 陈中均 , 陈轩 , 李晓亮 . 全程加热与局部加热对X90 高强钢热煨弯管 组织及性能的影响 [J]. 焊管 ,2016,39(06):10-17.
[2] 赵时璐 , 张震 , 张钧 , 王双红 , 王建明 .X80 级管线钢热煨弯管的热处理工艺及 力学性能 [J]. 金属热处理 ,2015,40(10):123-126.
[3] 杨志刚 . 高强度管线钢热煨弯管工艺及质量控制 [J]. 黑龙江科技信息 ,2014(26):123.
[4] 刘 宇 , 冯斌 , 李烨铮 , 李桂芝 . 加热温度对X70 大 变形管线钢热煨 弯管组织的 影响 [J]. 热加工工艺 ,2011,40(21):22-24+28.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/35157.html
