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科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·50·2021年第04期文章编号：2095－6835（2021）04－0050－0220MnG高压锅炉用无缝钢管开裂失效分析倪栋（厦门市产品质量监督检验院，福建厦门361004）摘要：某高压锅炉在服役工作6年后其无缝钢管发生开裂，采用化学成分分析、维氏硬度测试、拉伸试验、金相组织检验和断口SEM扫描电镜分析等方法，对无缝钢管开裂的原因进行测试分析。
分析结果表明，该无缝钢管的化学成分、拉伸强度、维氏硬度等均满足相关标准要求，但在高温蒸汽的长期作用下无缝钢管内表面被腐蚀的基体萌生裂纹，而随着裂纹的扩展，最终发生应力腐蚀开裂。
关键词：无缝钢管；应力腐蚀；无缝钢管开裂；失效分析中图分类号：TM621.2文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2021.04.0181前言高压锅炉经常处于高温和高压状态，在高温蒸气的长期作用下无缝钢管发生氧化和腐蚀的风险较大[1]，因此对其材质、热处理和加工工艺都有着严格的要求，除了应具有高强度、高抗氧化性能和抗腐蚀性能外，还应有良好的组织稳定性[2]。
某高压锅炉在服役工作6年后发生断裂事故，造成较大的经济损失。
高压锅炉的失效主要是无缝钢管发生开裂，无缝钢管所用材料的材质为20MnG。
本文采用化学成分分析、硬度测试、拉伸试验、金相组织检验和断口SEM扫描电镜分析等试验手段，研究其开裂失效的原因，最后针对开裂失效原因提出了可行的预防和改进建议。
2实验过程及结果2.1化学成分在无缝钢管的断口处取化学成分分析试样进行测试，结果如表1所示。
从表1可以看出该无缝钢管的10个元素化学成分的测试结果均符合标准GB/T5310—2017《高压锅炉用无缝钢管》中20MnG材质的规定要求[3]，化学成分合格。
2.2硬度分析在无缝钢管断口附件取3件硬度试样进行检测，分别标识为1#、2#和3#，维氏硬度检测结果如表2所示。
钢材出现断裂的原因分析用于各行业的钢材品种达数千种之多。
每种钢材都因不同的性能、化学成分或合金种类和含量而具有不同的商品名称。
虽然断裂韧性值大大方便了每种钢的选择，然而这些参数很难适用于所有钢材。
主要原因有：第一，因为在钢的冶炼时需加入一定数量的某种或多种合金元素，成材后再经简单热处理便可获得不同的显微组织，从而改变了钢的原有性能；第二，因为炼钢和浇注过程中产生的缺陷，特别是集中缺陷（如气孔、夹杂等）在轧制时极其敏感，并且在同一化学成分钢的不同炉次之间，甚至在同一钢坯的不同部位发生不同的改变，从而影响钢材的质量。
由于钢材韧性主要取决于显微结构和缺陷的分散（严防集中缺陷）度，而不是化学成分。
所以，经热处理后韧性会发生很大变化。
要深入探究钢材性能及其断裂原因，还需掌握物理冶金学和显微组织与钢材韧性的关系。
1. 铁素体-珠光体钢断裂铁素体-珠光体钢占钢总产量的绝大多数。
它们通常是含碳量在0.05%～0.20%之间的铁-碳和为提高屈服强度及韧性而加入的其它少量合金元素的合金。
铁素体-珠光体的显微组织由BBC铁（铁素体）、0.01%C、可溶合金和Fe3C组成。
在碳含量很低的碳钢中，渗碳体颗粒（碳化物）停留在铁素体晶粒边界和晶粒之中。
但当碳含量高于0.02%时，绝大多数的Fe3C形成具有某些铁素体的片状结构，而称为珠光体，同时趋向于作为“晶粒”和球结（晶界析出物）分散在铁素体基体中。
含碳量在0.10%～0.20%的低碳钢显微组织中，珠光体含量占10%～25%。
尽管珠光体颗粒很坚硬，但却能非常广泛地分散在铁素体基体上，并且围绕铁素体轻松地变形。
通常，铁素体的晶粒尺寸会随着珠光体含量的增加而减小。
因为珠光体球结的形成和转化会妨碍铁素体晶粒长大。
因此，珠光体会通过升高d-1/2（d为晶粒平均直径）而间接升高拉伸屈服应力δy。
从断裂分析的观点看，在低碳钢中有两种含碳量范围的钢，其性能令人关注。
一是，含碳量在0.03%以下，碳以珠光体球结的形式存在，对钢的韧性影响较小；二是，含碳量较高时，以球光体形式直接影响韧性和夏比曲线。
第43卷第3期2017年6月包钢科技Science and Technology of Baotou SteelVol.43,N o.3J u n e,201720M n2无缝钢管角部裂纹质量分析与对策丰小冬，贺景春，井溢农(内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心，内蒙古包头014010)摘要:20M n2无缝钢管在推方过程中，角部出现细微裂纹，对管体进行了化学成分及热酸低倍检验，利用金相显微镜和扫描电镜对其进行微观分析。
分析表明，非金属夹杂物是引起裂纹的主要原因，并对夹杂物做定性分析，找 出其来源，并提出相应的改进措施。
关键词:无缝钢管;推方;裂纹;非金属夹杂物中图分类号:T G335.71文献标识码:B文章编号=1009 -5438(2017)03 -0042 -04Quality Analysis and Countermeasureson Corner Cracks of 20Mn2 Seamless Steel TubeFENG Xiao - dong,HE Jing - chun,JING Yi - nong {Technical Center of Steel Union Co. Ltd. of Baotou Steel (Group) Corp. , Baotou014010, Nei Monggol, China) Abstract：In the thrusting block process of 20M n2 seamless steel tube, there are fine cracks in the corner. T h e tube is inspected through chemical composition test a n d macroscopic examination of hot acid etching, the micro structure is a n alyzed b y m e a n s of metallographic microscope a n d scanning electron microscope. T h e analysis shows that the nonmetallic inclusions are the m a i n cause of cracks, a n d the qualitative analysis of the inclusions is m a d e to find out the source a n d to putforward the corresponding impr o v e m e n t measures.Key words：seamless steel t u b e；thrusting blo c k；cracks；nonmetallic inclusion无缝钢管厂生产的20M n2无缝钢管、规格为 $177.8 m m X10.0 m m,在对其进行推方的过程中，一侧角部出现纵向裂纹。
20MnTiB螺栓失效分析1 概述高强度螺栓是继铆接、焊接之后发展起来的一种钢结构连接型式。
它具有施工简单、可拆卸、承载大、耐疲劳、较安全等优点。
因此, 高强度螺栓连接已发展成为钢结构工程安装的主要手段。
20MnTiB钢高强度螺栓用于航天发射塔架斜支梁、悬臂梁及主梁联结板的连接。
在进行服役过程中，发现有少量连接螺栓断裂的现象。
本文通过断裂螺栓的断口、显微组织、显微硬度和微区成分进行了分析。
查找螺栓失效原因，制定改进措施，以防止同类失效再度发生。
2 螺栓的材料及技术条件螺栓型号为M22(GB1228-1984)，螺栓材料为20MnTiB钢，这是国标推荐的高强度螺栓用钢,在相同硬度下，与中碳合金钢比较，具有更加良好的韧性和可锻性，较好的强韧性，还可避免脱碳现象。
其化学成分如表1表1 螺栓化学成分（W B）C Mn Si P S Cu Cr TI B 样品0.22 1.38 0.99 0.006 0.023 0.15 0.07 0.07 0.0018该批螺栓所用钢材化学成分符合标准要求，P、S、Cu等残余元素也控制在合理范围之内。
加工螺栓用毛坯为热轧圆钢。
制造工艺流程如下：20MnTiB圆钢(盘条)酸洗拉拔冷镦成型搓丝热处理发黑包装入库其热处理工艺为880℃油淬，380～400℃中温回火，组织为回火屈氏体。
每批成品均抽样作静拉伸实验，力学性能达到GB1231-1984标准中10.9S的螺栓性能等级要求，σb为1040～1240MPa，σs≥940MPa，δ5≥10%，ψ≥42%，A k≥58.8N·m，维氏硬度为312～367HV30，洛氏硬度为33～39HRC。
3断裂螺栓失效分析3.1断口宏观形貌分析宏观下，断裂螺栓断口具有脆性特征，如图1。
断口面位于螺栓的第五个螺纹处。
断口可分为三个区域：裂纹源区、裂纹扩展区和最终瞬断区。
未观察到疲劳断裂特征。
裂纹源区位于螺纹根部,其放大形貌，如图2。
在裂纹源区可观察到一扁长形状的原始裂纹，长约 5.5mm，深约0.8mm，在其旁有一半月形的锈蚀区。
试论焊接钢管压扁试验开裂的原因
我们需要了解焊接钢管压扁试验的意义和作用。
压扁试验是对焊接钢管进行力学性能测试的一种重要方法，通过对焊接钢管的抗压强度和塑性变形性能进行测定，从而评价焊接钢管的质量和可靠性。
在压扁试验中，若焊接钢管出现开裂问题，则会严重影响焊接钢管的使用性能和安全性能，因此对于焊接钢管压扁试验开裂问题的原因进行深入分析具有重要的理论和实践意义。
接下来，我们将从几个方面探讨焊接钢管压扁试验开裂的原因。
焊接工艺不规范是导致焊接钢管开裂的主要原因之一。
焊接工艺的不规范包括焊接参数设置不当、焊接材料选择不当、焊接过程中产生的焊接残余应力等。
在焊接参数设置不当的情况下，焊接过程中容易出现焊接缺陷或气孔等问题，进而导致焊缝区域的强度和韧性降低，使得焊接钢管在压扁试验中出现开裂现象。
如果选择的焊接材料的质量不合格或不匹配，也会直接影响焊接接头的性能，从而导致焊接钢管在压扁试验中发生开裂。
焊接过程中产生的焊接残余应力如果没有得到有效的处理和消除，同样会使得焊接钢管在压扁试验中出现裂纹。
金属材料的内在缺陷也是导致焊接钢管开裂的一个重要原因。
金属材料的内在缺陷主要包括金属材料的裂纹和夹杂物等。
如果焊接钢管材料本身存在裂纹、夹杂物等缺陷，这些缺陷在焊接过程中易引起应力集中，进而导致焊接接头在压扁试验中出现开裂。
焊接钢管在压扁试验中出现开裂的原因主要有焊接工艺不规范、焊接接头设计缺陷和金属材料内在缺陷。
对于这些问题的解决，应该从改善焊接工艺、优化焊接接头设计以及提高金属材料质量等方面入手，从根本上解决焊接钢管开裂的问题，保证焊接钢管的质量和可靠性，进而保障焊接钢管的安全使用。
钢材断裂基本原因分析大全用于各行业的钢材品种达数千种之多。
每种钢材都因不同的性能、化学成分或合金种类和含量而具有不同的商品名称。
虽然断裂韧性值大大方便了每种钢的选择，然而这些参数很难适用于所有钢材。
主要原因有：第一，因为在钢的冶炼时需加入一定数量的某种或多种合金元素，成材后再经简单热处理便可获得不同的显微组织，从而改变了钢的原有性能；第二，因为炼钢和浇注过程中产生的缺陷，特别是集中缺陷（如气孔、夹杂等）在轧制时极其敏感，并且在同一化学成分钢的不同炉次之间，甚至在同一钢坯的不同部位发生不同的改变，从而影响钢材的质量。
由于钢材韧性主要取决于显微结构和缺陷的分散（严防集中缺陷）度，而不是化学成分。
所以，经热处理后韧性会发生很大变化。
要深入探究钢材性能及其断裂原因，还需掌握物理冶金学和显微组织与钢材韧性的关系。
1. 铁素体-珠光体钢断裂铁素体-珠光体钢占钢总产量的绝大多数。
它们通常是含碳量在0.05%～0.20%之间的铁-碳和为提高屈服强度及韧性而加入的其它少量合金元素的合金。
铁素体-珠光体的显微组织由BBC铁（铁素体）、0.01%C、可溶合金和Fe3C 组成。
在碳含量很低的碳钢中，渗碳体颗粒（碳化物）停留在铁素体晶粒边界和晶粒之中。
但当碳含量高于0.02%时，绝大多数的Fe3C形成具有某些铁素体的片状结构，而称为珠光体，同时趋向于作为“晶粒”和球结（晶界析出物）分散在铁素体基体中。
含碳量在0.10%～0.20%的低碳钢显微组织中，珠光体含量占10%～25%。
尽管珠光体颗粒很坚硬，但却能非常广泛地分散在铁素体基体上，并且围绕铁素体轻松地变形。
通常，铁素体的晶粒尺寸会随着珠光体含量的增加而减小。
因为珠光体球结的形成和转化会妨碍铁素体晶粒长大。
因此，珠光体会通过升高d-1/2（d为晶粒平均直径）而间接升高拉伸屈服应力δy。
从断裂分析的观点看，在低碳钢中有两种含碳量范围的钢，其性能令人关注。
一是，含碳量在0.03%以下，碳以珠光体球结的形式存在，对钢的韧性影响较小；二是，含碳量较高时，以球光体形式直接影响韧性和夏比曲线。
20G钢管断裂失效分析及措施预防作者：赵文涛，胡婷杨佳来源：《科技资讯》 2011年第14期赵文涛胡婷杨佳(重庆三钢钢业有限责任公司重庆 400082)摘要:本文通过对在水冷壁制造吊运过程中,发生断裂部位处的钢管进行元素成份检验、金相及电镜分析,研究了钢管断裂的原因。
结果表明:20G钢正火处理时,如果冷却速度过于缓慢,便会在先共析铁素体晶界上生成网状或断续网状三次渗碳体,使其塑韧性大大降低,在外力作用下,很容易发生断裂。
关键词:20G 断裂三次渗碳体中图分类号:TF7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)05(b)-0093-01我司生产的20G高压锅炉管在焊接吊运过程中发生了断裂,具体情形如下:该锅炉厂将18支长度为10m的钢管沿长度方向在边侧进行两两焊接,焊接长度为距钢管两端约350mm的中间部分,使之成为一个管屏,称之为水冷壁。
发生断裂时是该水冷壁已焊接完毕需要转运,于是拿吊绳系住钢管的一端将水冷壁吊起以在下面加装木垫,这时突然发生断裂,断裂的钢管为钢绳所系住的那根,断裂长度为350mm,即与焊接的端部几乎平齐。
1 断口分析从整个断裂面观察,断口形貌粗糙,呈银灰色晶粒突起状,断口上部有明显的河流花样和解理面,且断面处钢管尺寸无变化,无弯曲变形,内外壁无明显氧化铁皮,属于典型的脆性断裂。
2 化学成份检测在距断裂面10mm处取样进行化学成份检测,结果为碳:0.19%;硅:0.25%;硫:0.010%;磷:0.015%;锰:0.57%含量均符合GB5310-2008中20G碳:0.17%～0.23%;硅:0.17%～0.37%;硫:≤0.015%;磷:≤0.025;锰:0.35%～0.65%的标准要求。
3 力学性能检测距断裂面20mm至320mm处,在350mm的断裂钢管上截取拉伸、压扁试样,结果为屈服强度(Rel):295MPa、295MPa;抗拉强度(Rm):455MPa、470MPa;断后伸长率(A):26%、26%。
钢管生产设备的常见故障分析及维修保养对策钢管生产设备是钢管生产线的重要组成部分，它的运行状况和性能直接影响到钢管生产质量和生产效率。
随着设备的长时间运行，设备的零部件和机械结构会逐渐出现各种故障，严重影响生产进度和产品质量。
对钢管生产设备的常见故障进行分析，并制定维修保养对策，对于确保生产线的稳定运行具有重要意义。
本文将从常见故障的分类、具体故障分析和维修保养对策三个方面进行讨论。
一、常见故障的分类钢管生产设备常见的故障多种多样，可以根据出现的部位和症状进行分类。
在具体分析故障之前，首先要对常见故障进行分类，以便更好地制定维修保养对策。
1. 机械结构故障：包括设备的传动机构、传动轴、齿轮、链条、皮带等部件的损坏或故障，这些故障通常会导致设备运行不稳定，产生噪音和振动，严重时可能导致设备停机。
2. 电气控制故障：主要包括电机故障、电气元件烧坏、电缆接触不良等问题，这些故障会导致设备无法正常启动、停机或者不按要求运行。
3. 液压或气动系统故障：钢管生产设备中常常采用液压或气动系统来实现动力传递和控制，这些系统的压力、流量、泄漏等问题都可能导致设备无法正常工作。
4. 设备磨损和老化：长时间的运行会导致设备的零部件和机械结构磨损和老化，出现裂纹、变形、松动等问题，严重影响设备的性能和精度。
二、具体故障分析1. 机械结构故障分析（1）传动齿轮损坏：主要表现为传动噪音大，齿轮齿面磨损严重，传动效率降低。
导致这一故障的原因可能是传动齿轮润滑不良、齿轮制造质量不合格、传动扭矩过大等。
（2）链条松动或断裂：链条松动会导致传动不稳定，严重时会导致链条断裂。
导致这一故障的原因可能是链条安装不当、链轮磨损、链条拉力不足等。
2. 电气控制故障分析（1）电机启动困难：可能是电机内部绕组短路、电源电压不稳定、电机轴承损坏等导致。
这种情况会导致设备无法正常启动或启动困难。
3. 液压或气动系统故障分析（1）液压系统泄漏：导致这一故障的原因可能是密封件老化、液压管路磨损、油液污染等，会导致系统压力不足、泄漏现象。
