摘 要:某在用管道在試壓過程中發(fā)生穿孔泄漏,采用宏觀觀察、化學成分分析、力學性能試驗、 金相檢驗、掃描電鏡分析等方法進行了研究。結(jié)果表明:該鋼管穿孔的主要原因是管體外表面受到 高溫燒傷,且在試壓前管體外表面已經(jīng)燒傷穿透,進而鋼管在試壓過程中發(fā)生泄漏。

關鍵詞:直縫埋弧焊;鋼管;穿孔 

中圖分類號:TG172;TG115.5                               文獻標志碼:B                                    文章編號:1001-4012(2022)06-0050-04

2019年,某地一段直縫埋弧焊鋼管在試壓作業(yè) 時發(fā)生穿孔泄漏,給正常生產(chǎn)造成極大影響[1-2]。該 直縫埋弧焊鋼管的規(guī)格(外徑×壁厚)為406.4mm× 10.3mm,材料為 L415M 鋼,在鋼管外防腐層經(jīng)打 磨后,管體區(qū)域沒發(fā)現(xiàn)明顯點蝕痕跡,且整個管段內(nèi) 未見明顯塑性變形。筆者采用宏觀觀察、化學成分 分析、力學性能試驗、金相檢驗、掃描電鏡(SEM)分 析等方法對穿孔鋼管進行了研究。 

1 理化檢驗 

1.1 宏觀觀察 

穿孔直縫埋弧焊鋼管的宏觀形貌如圖1所示。 管體為直縫管,在管體中間部位有一處圓形孔洞,局 部放大觀察,發(fā)現(xiàn)穿孔呈現(xiàn)“外粗內(nèi)細”的現(xiàn)象,可推 測此處穿孔刺漏應該是由外向內(nèi)造成的,并且管體 內(nèi)壁和外壁均未出現(xiàn)壁厚減薄現(xiàn)象。 

截取管體穿孔區(qū)域并制作試樣,測得穿孔孔洞 外表面直徑約為7 mm,穿孔處內(nèi)表面呈現(xiàn)金屬堆 積現(xiàn)象,存在凸起,且附近也未發(fā)現(xiàn)明顯點蝕痕跡。 管樣外壁穿孔形貌經(jīng)局部放大后,發(fā)現(xiàn)孔洞內(nèi)壁仍 存在部 分 青 藍 色 防 腐 噴 漆 的 環(huán) 氧 粉 末 痕 跡 [見 圖 1e)],說明該穿孔形成于防腐工序之前。

1.2 壁厚測量 

采用測厚儀對穿孔周圍區(qū)域壁厚進行測量,測 量間距為50mm,測量點具體位置如圖2所示,測 量結(jié)果如表1所示。由測量結(jié)果可知,該鋼管壁厚 分布均勻,符合 GB/T9711—2017 《石油天然氣工 業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》標準中的規(guī)定。

1.3 化學成分分析

在鋼管管體制取試樣,應用 ARL4460型直讀 光譜儀對其化學成分進行分析,結(jié)果如表2所示。 由檢測 結(jié) 果 可 知,該 鋼 管 的 化 學 成 分 符 合 GB/T 9711—2017標準的要求。 

1.4 金相檢驗 

從鋼管管體及穿孔處附近取樣,對試樣進行金 相檢驗,其顯微組織形貌如圖3所示,焊縫處的檢測結(jié)果如表3所示。該鋼管管體組織為多邊形鐵素體 (PF)與珠光體(P),晶粒度為11.5級,帶狀組織為 0.5級,非金屬夾雜物等級為 A0.5,B0.5,D0.5級;焊 接接頭的焊縫組織為針狀鐵素體(IAF)、粒狀貝氏體 和多邊形鐵素體,熔合區(qū)組織為粒狀貝氏體,細晶區(qū) 組織為多邊形鐵素體和馬氏體-奧氏體小島(MA)。

在穿孔處附近沿穿孔邊界縱向取樣,發(fā)現(xiàn)其顯 微組織均有明顯的熱影響區(qū)(見圖4),表明該區(qū)域 發(fā)生了局部高溫現(xiàn)象,使組織發(fā)生變化且變得不均 勻,其中包括粗晶區(qū)與過渡區(qū),觀察可發(fā)現(xiàn),沿穿孔 邊界區(qū)域與粗晶區(qū)有馬氏體組織。由顯微硬度測試 結(jié)果可知:該處組織的硬度明顯高于周邊區(qū)域,可證 實為馬氏體組織,馬氏體組織的出現(xiàn)進一步證明了 管體表面發(fā)生了局部高溫現(xiàn)象。未受熱區(qū)組織主要 包括多邊形鐵素體與珠光體。

1.5 力學性能及硬度測試 

從該鋼管管體及焊接接頭處取樣,分別進行拉伸、 夏比沖擊、導向彎曲及維氏硬度試驗,維氏硬度試驗壓痕 位置如圖5所示,拉伸、夏比沖擊、導向彎曲及維氏硬度 試驗結(jié)果分別如表4~7所示。結(jié)果表明,該鋼管力學性 能及硬度均符合GB/T9711—2011標準的要求。

1.6 掃描電鏡分析 

在鋼管穿孔處取樣,經(jīng)醋酸纖維+丙酮試劑清 洗后,采用掃描電子顯微鏡及能譜分析儀對試樣外 表 面進行微觀形貌觀察及能譜分析。鋼管穿孔處的SEM 形貌如圖6所示,可見穿孔外表面平整,無明 顯塑性變形特征,局部放大可見有輕微的腐蝕產(chǎn)物 覆蓋,能譜分析結(jié)果如圖7所示,結(jié)果表明:穿孔處 表面主要為 Fe,O 元素,以及Si,K 和 Ca元素,此外 還存在少量 Mn元素。

2 綜合分析 

由理化檢驗結(jié)果可知,鋼管的化學成分和力學 性能均符合 GB/T9711—2017標準的要求。幾何 尺寸測量結(jié)果表明:該鋼管的壁厚分布均勻,說明試 樣 無明顯點蝕痕跡,且整個管段內(nèi)未見明顯塑性變 形。由于該鋼管是在投入使用前的試壓階段發(fā)生穿 孔失效的,因此可排除管體內(nèi)表面受腐蝕介質(zhì)等因 素產(chǎn)生的腐蝕穿孔[3-5]。 

金相檢驗結(jié)果表明,該鋼管組織為多邊形鐵素 體+珠光體,晶粒度為11.5級,非金屬夾雜物等級 為 A0.5,B0.5,D0.5級。穿孔處附近組織包括粗晶 區(qū)與過渡區(qū),其中粗晶區(qū)組織粗大且不均勻,沿穿孔 邊界區(qū)域發(fā)現(xiàn)有大片板條狀馬氏體組織,馬氏體組 織是由管體表面受到高溫,當溫度上升到淬火溫度 后冷卻形成的。穿孔邊界不同位置均發(fā)現(xiàn)有明顯的 組織受熱區(qū),同時還發(fā)現(xiàn)馬氏體組織分布在整個壁 厚方向,說明高溫覆蓋了管體的整個壁厚方向。管 體穿孔完全貫穿且垂直于壁厚方向,穿孔呈現(xiàn)“外粗 內(nèi)細”的形貌,穿孔處內(nèi)表面存在明顯的金屬融化堆 積現(xiàn)象,由此可推斷該失效鋼管外表面受到高溫電 焊氣割燒傷。 

3 結(jié)論與建議

(1)該直縫埋弧焊鋼管的尺寸、化學成分、力學 性能等均符合 GB/T9711—2017標準的要求。 

(2)該直縫埋弧焊鋼管穿孔處組織明顯受過高 溫,并產(chǎn)生熱影響區(qū)及馬氏體組織,穿孔的原因是管 體外表面發(fā)生高溫燒傷。

(3)建議在焊接作業(yè)時,保護好作業(yè)區(qū)域外的 鋼管表面,避免產(chǎn)生燒傷;建議對該條管線進行檢 測,以排查是否存在類似風險。

參考文獻: 

[1] 張航.直縫埋弧焊管常見缺陷產(chǎn)生原因及 預 防 措 施 [J].石化技術,2019,26(10):224,226. 

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[3] 宋成立,付安慶,林冠發(fā),等.某油田地面管線腐蝕穿 孔分析與治理[J].焊管,2016(2):56-59. 

[4] 劉凱,馬麗敏,陳志東,等.埋地管道的腐蝕與防護綜 述[J].管道技術與設備,2007(4):36-38,42. 

[5] 吉楠,廖臻,朱輝,等.某輸油管道腐蝕穿孔原因[J]. 理化檢驗(物理分冊),2021,57(1):61-65.

<文章來源>材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 58卷 > 6期 (pp:50-53)>