Incoloy825閥門開裂原因分析

(中化泉州石化有限公司設(shè)備部,福建 泉州 362103)

1 Incoloy825閥門主要參數(shù)

某公司渣油加氫處理裝置Ⅱ系列間斷注水線截止閥(規(guī)格DN80 1500LB，鑄造，閥體材質(zhì)Incoloy825)于2014年12月巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)其對接焊縫上有1處砂眼。通過調(diào)整工藝操作和關(guān)閉相關(guān)閥門等隔離措施暫時(shí)停用了該間斷注水線。2015年6月Ⅱ系列換劑檢修期間,檢修單位對砂眼部位進(jìn)行打磨后滲透檢測(PT)，準(zhǔn)備補(bǔ)焊時(shí)觀察到其閥體和焊接坡口部位有較多裂紋。隨即聯(lián)系該閥門廠家派技術(shù)人員到現(xiàn)場，在廠家人員的見證下擴(kuò)大了閥門檢查范圍，對裝置內(nèi)類似部位的同廠家Incoloy825閥門(共計(jì)20臺)的閥體和焊接坡口處均進(jìn)行了PT，都發(fā)現(xiàn)了大量表面裂紋。同時(shí)，對相關(guān)Incoloy825閥門的裂紋部位進(jìn)行了輕度打磨(打磨深度約2～3 mm)，裂紋均未消除。發(fā)現(xiàn)裂紋的Incoloy825閥門主要參數(shù)見表1。

表1 Incoloy825閥門主要參數(shù)

觀察到裂紋后，設(shè)備專業(yè)立即組織維保單位對更換下來的舊閥門進(jìn)行了取樣送檢，并委托有資質(zhì)的第三方檢測機(jī)構(gòu)，對其中的1臺Y型截止閥(Ⅰ,Ⅱ系列間斷注水線)裂紋產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析。

2 開裂原因分析

2.1 宏觀檢查及滲透檢測

通過對閥門閥體(局部任意選幾點(diǎn))及焊接坡口部位進(jìn)行PT，發(fā)現(xiàn)閥體和焊接坡口側(cè)有較多裂紋。裂紋有單個(gè)的，也有密集的。其中密集裂紋見圖1中A和B，A處面積約40 mm(縱向)×50 mm(環(huán)向)，最長一條約18 mm；B處面積約40 mm(縱向)×20 mm(環(huán)向)，最長一條約7 mm。在閥體上還發(fā)現(xiàn)大面積的麻坑，麻坑直徑約1.5 mm，深度約1.5 mm。

圖1 閥門裂紋宏觀形貌

2.2 化學(xué)成分分析

對閥體取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表2。由表2看出閥體化學(xué)成分滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3 拉伸試驗(yàn)

從閥體上截取拉伸試樣，拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可以看出，閥體的抗拉強(qiáng)度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 化學(xué)成分分析結(jié)果 w，%

表3 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

2.4 金相分析

從閥體的A和B處分別截取全厚度金相試樣，厚度約26 mm，見圖2。由圖2可見，金相試樣經(jīng)化學(xué)試劑侵蝕后其表面局部有明顯的補(bǔ)焊痕跡，測得該處補(bǔ)焊最深約7 mm。

圖2 金相試樣取樣部位及宏觀形貌

2.4.1 JX1試樣

JX1試樣微觀形貌見圖3。由圖3可以看出，1號部位位于閥體的近外壁，為未補(bǔ)焊處，有沿晶微裂紋存在；2號、3號部位為閥體與補(bǔ)焊焊道的過渡區(qū)及附近，有沿柱狀晶晶界擴(kuò)展的裂紋；4號部位也位于閥體上，可見有明顯的鑄造缺陷(疏松)。

2.4.2 JX2試樣

JX2試樣微觀形貌見圖4。由圖4可以看出，1號部位為補(bǔ)焊處，有明顯的沿柱狀晶擴(kuò)展的裂紋，在裂紋處還可觀察到凝固斷裂的特征；2號、3號和4號部位為閥體與補(bǔ)焊焊道的過渡區(qū)及附近，有較多的沿晶裂紋；5號部位位于閥體上，有明顯的鑄造缺陷(疏松)。

圖3 JX1試樣

圖4 JX2試樣

2.5 硬度測試

對金相試樣JX1和JX2進(jìn)行維氏硬度(HV)測試，測試結(jié)果見表4。補(bǔ)焊焊縫金屬的硬度為176～207.5，補(bǔ)焊與閥體過渡區(qū)為173.4～211.7，閥體母材硬度為155.2～199.6。由表4可知，所測硬度符合要求。

表4 硬度測試結(jié)果

2.6 斷口分析

從閥體A和B處分別截取斷口試樣，編號分別為XM1和XM2。敲開裂紋，斷口的宏觀形貌見圖5。由圖5可以看出，開裂部位呈深褐色斷面，銀白色為人為的敲斷面，裂紋斷裂面距外表面最長(深)約6 mm，斷裂面呈凹凸不平狀。

圖5 斷口宏觀部位

斷口的微觀形貌見圖6。由圖6可見，斷裂面雖然已被氧化，但仍清晰可見樹枝晶的結(jié)構(gòu)形態(tài)，該處斷裂面屬典型的焊接熱裂紋形貌，人為敲開面為韌窩形貌。

2.7 X射線能譜分析

選取XM2斷口試樣中的裂紋斷裂面部位進(jìn)行能譜分析，分析結(jié)果見表5。由表5可以看出，斷口上有較多的Mn元素在晶界富集，這種富集會降低金屬的熔點(diǎn)，在晶粒邊界產(chǎn)生低熔點(diǎn)相。

圖6 斷口微觀形貌

2.8 主要理化分析結(jié)果

(1)PT檢查結(jié)果表明，閥體外表面有裂紋和麻坑，裂紋最長約18 mm；

(2)閥體的化學(xué)成分滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；

(3)閥體的拉伸性能指標(biāo)也能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；

(4)閥體的硬度符合標(biāo)準(zhǔn)要求；

(5)金相和斷口分析結(jié)果表明，閥體表面補(bǔ)焊處裂紋具有典型的焊接熱裂紋特征；閥體其他部位的缺陷為典型的鑄造缺陷(疏松或縮松)；

(6)能譜分析結(jié)果表明，斷口上有Mn元素富集嚴(yán)重，這種“富集”會降低金屬的熔點(diǎn)。

3 結(jié)論及措施

綜合上述各項(xiàng)試驗(yàn)、分析結(jié)果認(rèn)為，該Incoloy825閥門閥體上的裂紋有兩種性質(zhì)，一種是鑄造時(shí)產(chǎn)生的缺陷，另一種是閥體表面補(bǔ)焊產(chǎn)生的焊接熱裂紋。

由于高鉻鎳耐蝕合金(包括奧氏體不銹鋼)液態(tài)流動性較差，因此鑄造時(shí)補(bǔ)縮較為困難，容易出現(xiàn)縮松和疏松類鑄造缺陷，同時(shí)焊接過程中也容易出現(xiàn)焊接熱裂紋。從針對閥門進(jìn)行的解剖分析結(jié)果推斷，閥體鑄造后存在許多鑄造缺陷，制造廠僅針對部分缺陷較嚴(yán)重的部位進(jìn)行了補(bǔ)焊，導(dǎo)致既有部分表面缺陷殘留，同時(shí)在補(bǔ)焊修復(fù)部位又出現(xiàn)焊接熱裂紋。

Incoloy825高壓注水閥閥體外表面裂紋屬鑄造缺陷和補(bǔ)焊產(chǎn)生的熱裂紋，兩者均屬制造缺陷,裝置停工換劑期間進(jìn)行了檢修更換。