30萬噸合成氨工程是大型化肥設備，失效蒸汽過熱管采用12Cr3MoVSiTiB+76×8mm無縫管制成，鋼管經過正火-回火-冷矯直-切頭等制造工藝。為設備安全使用，在安裝后對其過熱蒸汽管先后進行兩次水壓試驗。第一次試驗為21.5kPa保壓24h，試驗正常，第二次試驗時當壓力加至19.8kPa時，其中一根管子發生爆破，破口呈貫穿性裂紋。為確保工程質量，分析破壞原因，對所有已安裝的過熱管進行無損檢測。發現還有少數管子有裂紋，選擇有裂紋的管子和無缺陷的管子各一根，在聲發射檢測儀監視下進行水壓爆破試驗。無裂紋的正常管子在117.6kPa以上時聲發射預報開裂訊號，而探傷有裂紋的管子當壓力加至49kPa時聲發射檢測儀發現有信號，保壓半小時，此過程中不斷有發射聲產生，半小時后加壓，升至92kPa時管子爆破。Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
正常管子當壓力至160kPa時發生破裂，其爆破口形貌如圖1所示，破口有明顯的塑性變形，破口呈魚嘴狀斷口，經電子顯微鏡觀察，斷口為韌窩，見圖2，該斷口屬正常的應力過載爆破斷口。Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
對無損檢測有裂紋的斷口，爆破口無塑性變形特征，破口處有一呈紡錐形的深褐色區，其表面已氧化，該區長度為5.5cm，說明屬老裂紋，位于老裂紋處沿蒸汽管外壁有翹皮等宏觀缺陷，老裂紋區兩端則是具有金屬光澤的新鮮斷口，其上有人字形條紋自老裂紋發散，斷口形貌如圖3所示。Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
用透射電鏡對斷口進行觀察，分別在斷口的老裂紋區、人字紋區和老裂紋與人字紋的交界區作觀察，在老裂紋區其斷口形貌為具有河流狀花樣的解理斷裂。由于該區開裂時間較久，微觀斷口形貌上除河流狀花樣外，還有氧化特征，見圖4，其上分布有細小的氧化腐蝕產物。人字紋區斷口微觀形貌也為河流狀解理斷裂，見圖5。兩部分區的交界處用放大鏡觀察可看到有約2mm寬的較平坦區，其微觀斷口形貌為韌窩，這部分區對照試驗時隋況，應屬于壓力在49kPa時保壓半小時過程中的裂紋擴展區，電鏡照片見圖6。Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
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圖1 0.5XJlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
圖號：圖1Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
說明：正常管壓力爆破試驗斷口形貌，爆破口處有較大的塑性變形特征。Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
金屬材料在常溫下發生解理斷裂，必須有很高的外應力作用。根據以上試驗分析結果，當壓力至49kPa時管子裂紋以韌窩型擴展，半小時擴展1～2mm長度，當壓力升至92kPa時產生快速的解理斷裂。而老裂紋區斷口也為解理斷裂，因此可以推斷老裂紋形成時作用在管子上的外應力很高，此時起始裂紋(包括材料中的缺陷)遠小于爆破試驗時的原始裂紋(5.5cm長的老裂紋)，故需產生老裂紋區解理斷裂的外應力勢必大于92kPa。蒸汽管安裝后的兩次水壓試驗壓力僅20kPa左右，故不可能在兩次水壓試驗時產生裂紋。從管子的加工制造工藝分析，在熱處理后冷矯直過程中要承受巨大的矯直應力，因此可以推斷，造成管子產生老裂紋的主要原因是管子冷矯過渡。Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
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圖2 TEI 4000XJlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
圖號：圖2Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
說明：圖1中管子斷口透射電鏡復型圖像，由于爆破劇烈變形，韌窩被拉長，屬撕裂韌窩，說明該斷口為正常的壓力爆破斷口。Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
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圖3 0.5×Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
圖號：圖3Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
說明：經探傷有老裂紋的管子爆破斷口形貌，圖中呈紡錘形的黑色區為老裂紋(箭頭所指)。顏色較淺的斷口區為本次爆破時形成的新斷口，其上有人字形條紋，“人”字的頭部指向老裂紋區，說明爆破時從老裂紋區開始。外壁有翹皮缺陷。Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
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圖4 TEI 4000XJlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
圖號：圖4Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
說明：為圖3中老裂紋斷口區電鏡圖像。具有河流狀花樣，屬解理斷裂。其上還有氧化腐蝕引起的麻點，這是因為裂紋開裂時間較長，裂紋內受空氣中水汽的浸蝕所致。Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
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圖5 TEI 4000XJlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
圖號：圖5Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
說明：為圖3中斷口的人字紋區斷口電鏡圖像。也為河流狀花樣的解理斷裂，但該部分為爆破試驗時的開裂區，故斷口無氧化腐蝕現象，河流花樣清晰可見。Jlj熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
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