精煉爐鋼包用三個(gè)月后產(chǎn)生了裂紋

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精煉爐鋼包用三個(gè)月后產(chǎn)生了裂紋
' t3 G' c4 c# W* u, |* Y& W1 a請(qǐng)高手分析...指教哦！�,。,。。,。,。「缴险掌�

黃河湃

看照片好像是在無(wú)陪重阻隔的筒體上部焊縫開裂？

過(guò)街蛤蟆

精煉爐鋼包的裂紋因素非常廣泛,，從鋼包的材質(zhì),，熱蠕變的性能，鋼板自身的雜質(zhì)成分,，到耐材的性能和砌筑方式都有關(guān)系,，就一張照片誰(shuí)都說(shuō)不清，

  z5 }% {1 _, E" W: U一般分析這種問題,，要有包體圖,，砌筑圖，精煉制度,，樓主有這些東西,，發(fā)上來(lái)，可能有人給你準(zhǔn)確分析一下,，

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1.材質(zhì)為Q235-A
& F4 Y5 S9 k% A( q8 c2.包體鋼板厚度為30mm;法蘭厚度為80mm.
( V6 X" h) E7 b9 @$ ~( |5 `+ t2 T3.角焊縫的焊腳高為30mm.
' P# L$ ^2 E4 c4.裂紋位置在角焊縫的包體鋼板上.
  N- w( e. l# C( ^( c0 j' ~- w5.鋼包為150噸.
6.鋼包內(nèi)襯為雙層耐火磚,，里層為鎂鋁磚.

漂流瓶

鋼包可是危險(xiǎn)品哦，裂紋不可以擴(kuò)散呢,，不然后果不堪設(shè)想的

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轉(zhuǎn)發(fā)一條寶鋼的“大型鋼包焊接結(jié)構(gòu)失效機(jī)理分析"...........請(qǐng)高手多多指點(diǎn)哦.........
大型鋼包焊接結(jié)構(gòu)失效機(jī)理分析  
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0 ]! D9 V; G- }4 I2008.09.22   作者:廖禮寶,徐 宏   關(guān)鍵詞:焊接,失效分析 閱讀：100次  
　　摘要： 通過(guò)新舊鋼包結(jié)構(gòu)對(duì)比,、應(yīng)力分析和顯微組織及金相等進(jìn)行對(duì)比分析，得出鋼包失效的主要原因是裂紋所致，進(jìn)而研究裂紋的特征及類型,，并由此分析產(chǎn)生熱疲勞裂紋的機(jī)理及其影響因素,。
; g7 M, ~8 A/ q& p  n　　關(guān)鍵詞：鋼包    焊接結(jié)構(gòu)    裂紋機(jī)理    分析
　　0 前言
　　寶鋼目前在用鋼、鐵包總數(shù)為78臺(tái),，其中鋼水包為63臺(tái),，鐵水包為15臺(tái)。第一批鋼包,、鐵包全部由日本進(jìn)口,。通過(guò)對(duì)這些服役過(guò)的鋼水包進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口的鋼包壽命比國(guó)產(chǎn)的長(zhǎng),，但均少于15年,。二者主要缺陷是裂紋。
; |" X# x/ A! m' Q9 |4 @　　1 新舊鋼包焊接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
3 f4 |, y0 w& s- j8 N; i　　寶鋼一二期工程中曾大量使用的日本鋼包及國(guó)產(chǎn)仿制鋼包均為T型角焊縫平底結(jié)構(gòu),，即包壁與包底為“T”型焊接接頭,。如圖1.1所示。主要結(jié)構(gòu)特征為平板底采用T型接頭與鋼包筒體相連,。這種老式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在明顯缺陷,，在鋼包工作過(guò)程中，鋼包筒體與平板底連接處的內(nèi)壁將產(chǎn)生非常大的附加拉伸應(yīng)力,，其主要原因?yàn)閯傂詷O大的平底與剛性較小的筒體在連接處的變形不協(xié)調(diào)。因而開裂從鋼包內(nèi)壁開始,，老式鋼包,，往往在裂紋擴(kuò)展較深后才被發(fā)現(xiàn)。
( r9 d3 W# M& k. I6 Q  ~7 D　　圖1.1   老式鋼包結(jié)構(gòu)及其開裂部位
$ n, c6 Y/ [# q　　新型鋼包的最大結(jié)構(gòu)改進(jìn)為將平底板改為帶圓弧折邊的平底,，將T型角焊縫焊接結(jié)構(gòu)改為對(duì)接焊接結(jié)構(gòu),。新型鋼包結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。
! {( q& L. A, D2 a1 |　　圖1.2   新鋼包結(jié)構(gòu)局部示意圖
) h" n" r4 I& D8 H. c/ ?　　1.1   新鋼包外表裂紋
　　一煉鋼5＃鋼包為新型鋼包,。于2000年1月投入使用,，累計(jì)運(yùn)行約3500爐次，2004年2月初在鋼包配重一側(cè),，筒體與平底圓弧過(guò)渡段對(duì)接焊接焊縫處發(fā)現(xiàn)斷續(xù)淺表面裂紋,，其中焊縫上熱影響區(qū)裂紋斷續(xù)長(zhǎng)約30mm，焊縫下熱影響區(qū)裂紋總長(zhǎng)約2800mm,。開裂部位示意圖見圖1.3,。
　　圖1.3  裂紋復(fù)膜金相照片（放大后裂紋形貌）
　　2  鋼包裂紋類型判別
　　新型鋼包開裂部位與老式鋼包有明顯不同，但兩者的裂紋走向均為沿環(huán)焊縫縱向發(fā)展,。
8 r( j! U$ B6 A2 S8 O5 U; z+ }　　老式鋼包開裂是因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致在鋼包筒體內(nèi)表面與平板底T型焊縫處產(chǎn)生大應(yīng)變低周疲勞開裂失效——應(yīng)變疲勞,。疲勞開裂主要原因有二，一為鋼包局部存在較大的附加應(yīng)力，二為鋼包的工作是間斷性的,，這兩者相結(jié)合使得鋼包局部產(chǎn)生較大的周期性應(yīng)力波動(dòng),，大大降低了材料的抗疲勞性能。圖2.1為老式鋼包在T型焊接接頭上方鋼包筒體應(yīng)力計(jì)算結(jié)果,。
　　圖2.1  老式鋼包T型焊縫外表面上方應(yīng)力
　　新型鋼包經(jīng)局部結(jié)構(gòu)改進(jìn),，大大降低了鋼包內(nèi)表面的循環(huán)應(yīng)力幅，但其筒體與底封頭連接處外表面的軸向應(yīng)力卻有可能由負(fù)值變?yōu)檎�值�?br /> 5 Y; c! D. p, U& r　　無(wú)論是老式鋼包還是新型鋼包,，由于其載荷都是周期循環(huán)的,，鋼包各處應(yīng)力也是周期波動(dòng)的，從空鋼時(shí)的應(yīng)力近似為零到盛滿鋼水后的最大應(yīng)力,，又回到空鋼包應(yīng)力近似為零,，因而新型鋼包同樣存在疲勞壽命問題，對(duì)于特定的材料和工作溫度,，只要鋼包中應(yīng)力波動(dòng)幅度達(dá)到某一值,，就可能引起疲勞裂紋的萌生，并擴(kuò)展為宏觀裂紋直至鋼包開裂失效,。
　　從圖2.2,、2.3可見，因新鋼包表面裂紋為多源裂紋,，與老式鋼包內(nèi)表面裂紋形態(tài)具有明顯不同,，所以，新型鋼包外表面裂紋不是機(jī)械疲勞或至少可以說(shuō)不是單純的機(jī)械疲勞,，屬于熱疲勞裂紋或機(jī)械疲勞與熱疲勞聯(lián)合作用的結(jié)果,。
　　圖2.2  5＃鋼包外表面多源裂紋形貌
3 t9 o' S- r  T6 t+ @　　圖2.3  5＃鋼包外表面裂紋放大形貌
　　3  鋼包底部連接部位有限元應(yīng)力分析
; F& ~9 c4 S+ P/ B* E　　為探明鋼包出現(xiàn)裂紋的力學(xué)原因，利用有限元法對(duì)鋼包底部結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值應(yīng)力分析,。依鋼包實(shí)情,，采用國(guó)際通用有限元分析ANSYS軟件對(duì)鋼包各部位進(jìn)行應(yīng)力分析，并采用分析設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)對(duì)鋼包底部焊縫部位進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力計(jì)算,。有限元分析過(guò)程略,。其結(jié)論與上述分析基本一致。
　　4  5#鋼包外表裂紋綜合分析
: W  ?! }! e) v  x6 y5 n　　4.1  熱疲勞裂紋的進(jìn)一步判別
　　圖4.1為5＃鋼包外表面裂紋顯微組織形貌,�,？梢钥闯觯�其外表面裂紋具有典型熱疲勞（腐蝕熱疲勞）裂紋特征,。與《金相圖譜》
5 \# c& }+ ?2 B* z- f. f1 E# D% |　　圖4.1  5＃鋼包裂紋高倍顯微組織形貌
. l3 B- f0 l* S  Z) G6 s' w　　中的熱疲勞裂紋比較,，發(fā)現(xiàn)裂紋為穿晶擴(kuò)展，端部尖銳,，與腐蝕熱疲勞裂紋金相組織形貌幾乎一致,。鋼包外表裂紋與典型熱疲勞裂紋金相顯微形貌進(jìn)行對(duì)比,，可知，其外表裂紋確為熱疲勞裂紋,，裂紋顯微組織形貌中熱疲勞裂紋特征明顯,。
　　4.2  5＃鋼包熱疲勞裂紋產(chǎn)生原因初步分析
　　4.2.1  新型鋼包的優(yōu)點(diǎn)
　　有限元對(duì)新鋼包應(yīng)力分析結(jié)果表明，不考慮溫度的影響,，僅機(jī)械載荷發(fā)生作用下,，在鋼包內(nèi)表面環(huán)焊縫處的最大軸向應(yīng)力降到48.76MPa，僅為老式鋼包的最大應(yīng)力的1/10,，從受力和最大應(yīng)力角度考慮,，新型鋼包結(jié)構(gòu)比老式鋼包結(jié)構(gòu)更為合理，可有效避免由于局部機(jī)械應(yīng)力過(guò)大引起材料發(fā)生低周疲勞失效,，消除了老式鋼包內(nèi)壁T型接頭上部機(jī)械疲勞開裂的隱患,。
. K/ _# Q6 q# c7 b0 t　　T型角焊結(jié)構(gòu)是老式鋼包另一結(jié)構(gòu)缺陷。因平底厚度達(dá)80mm,，難以保證焊接質(zhì)量,，焊接接頭的疲勞強(qiáng)度也較低。新型鋼包將T型角焊縫改為對(duì)接焊縫,，大大提高了焊接接頭的疲勞強(qiáng)度,。
3 N' Z% Z' S4 Q% `8 n) l7 Z& E5 M　　4.2.2  新型鋼包之不足
　　（1） 新型鋼包采用帶圓弧折邊過(guò)渡的平板底結(jié)構(gòu)是合理了,，但由于平底厚度達(dá)80mm,，折邊加工極為困難，制造廠采用分段加熱半機(jī)械化折彎方法,，難以保證加工質(zhì)量,。
　　（2） 為了與厚僅為32mm的鋼包筒體對(duì)接焊,，新型鋼包折邊由80mm過(guò)渡到焊縫處的32mm采用雙面削薄處理,，按照GB159-98《鋼制壓力容器》要求,，削薄長(zhǎng)度應(yīng)大于3×（80-32）/2=72mm,，5#鋼包雙面削薄長(zhǎng)度接近該最小削薄長(zhǎng)度，局部應(yīng)力集中較大,，且焊縫緊靠削薄處,，這種結(jié)構(gòu)對(duì)焊縫疲勞極為不利。
　�,。�3） 新型鋼包還有一個(gè)十分不利的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，就是鋼包外表面焊縫易受高溫鋼水的烘烤，鋼水的高溫輻射會(huì)使鋼包傾倒一側(cè)外筒體壁溫急劇升高,，加速材料的高溫老化,，尤其容易引起焊縫熔合區(qū)和熱影響區(qū)熱疲勞損傷,，萌生裂紋，縮短鋼包使用壽命,。5#鋼包外表面環(huán)焊縫有幾處掛渣也說(shuō)明此處確實(shí)有受到高溫影響的可能性,。
　　4.2.3  5#鋼包熱疲勞裂紋產(chǎn)生原因
　　5#鋼包外表裂紋部位顯微組織形貌如圖4.2，裂紋處20g鋼鋼包材料組織已發(fā)生明顯變化,，金相組織分析照片中珠光體區(qū)域已難以找到,，材料發(fā)生了極為嚴(yán)重的珠光體球化，說(shuō)明鋼包環(huán)焊縫外表面經(jīng)常達(dá)到較高溫度,，大大超過(guò)老式鋼包一般認(rèn)為的360℃,。這一結(jié)論也可從鋼包裂紋部位硬度測(cè)試結(jié)果得到佐證，測(cè)得的硬度值明顯低于20g鋼正常硬度,。說(shuō)明該部位材料珠光體球化較為嚴(yán)重,，研究表明，20g鋼珠光體球化將會(huì)明顯降低材料的強(qiáng)度和硬度,。其球化等級(jí)可參考圖4.3和表4.1,。
  ^+ C3 w7 u# c4 z3 k　　圖4.2  5#鋼包外表裂紋部位顯微組織形貌
- `( G( O5 n7 G3 ]' K( u5 K4 s　　表4.1  20號(hào)鋼珠光體球化參考級(jí)別
　　項(xiàng)名     球化級(jí)別         組織特征
　　完全球化  第五級(jí)   珠光體形態(tài)已消失，球狀化碳化物分布在晶界及鐵素體基體上,，分散度較大嚴(yán)重球化  第六級(jí)   晶界及鐵素體基體上的碳化物已逐漸長(zhǎng)大,，分散度大
' x0 D3 V8 Q5 o. k7 T5 a　　完全球化（第五級(jí)）     嚴(yán)重球化（第六級(jí)）
　　圖4.3  20鋼珠光體球化參考級(jí)別（680×）
0 T& a+ s+ J; L3 b　　根據(jù)前述對(duì)熱疲勞的影響因素分析可知，碳化物的析出,，尤其在晶界上的聚集將降低材料的熱疲勞強(qiáng)度,，因而5#鋼包外表面材料嚴(yán)重珠光體球化，將會(huì)使其熱疲勞壽命大大縮短,。
　　4.2.4  焊縫先于母材萌生裂紋的原因
7 _0 y' D( Z" |0 d　　5#鋼包外表產(chǎn)生裂紋部位有兩大特征,，環(huán)向特征為裂紋均產(chǎn)生在傾倒鋼水一側(cè)的具有配重部位，前已述及這很可能與熾熱鋼水輻射造成鋼包材料損傷有關(guān),。
　　高度方向特征為裂紋均產(chǎn)生在焊縫熔合區(qū)和熱影響區(qū),，且以焊縫下部居多，這與焊接過(guò)程中引起的材料組織劣化和性能退化有密切關(guān)系,，而且焊縫下側(cè)熱影響區(qū)又處于鋼包筒體與平底折邊壁厚不等之過(guò)渡處,，該處無(wú)論是機(jī)械應(yīng)力還是熱應(yīng)力都存在較大應(yīng)力集中或邊緣附加應(yīng)力。
　　5  結(jié)論
: i4 m' v, m9 c! }1 P" I　　5＃新型鋼包筒體裂紋產(chǎn)生在外表面環(huán)焊縫處為熱疲勞裂紋,，與老式鋼包表面開裂位置完全不同,，具有較大的隱蔽性，無(wú)損檢測(cè)難以發(fā)現(xiàn),，本次是采用現(xiàn)場(chǎng)復(fù)膜金相技術(shù)發(fā)現(xiàn)的,。
　　產(chǎn)生熱疲勞裂紋的主要原因有：
　　（1） 筒體內(nèi)外表面溫差較大,，在筒體外壁處產(chǎn)生的拉伸熱應(yīng)力具有循環(huán)波動(dòng)特征,；
: v6 q0 _+ ?* c  ?2 f) A% X4 U　�,。�2） 開裂焊縫上部筒體外側(cè)焊有與筒體等厚的配重，焊縫下部是帶折邊的平底,，折邊厚度從筒體壁厚2倍通過(guò)削薄過(guò)渡到與筒體等厚,，使筒體焊縫附近的冷卻速度差別大，焊縫附近垂直方向分布不均勻,，在焊縫產(chǎn)生附加拉伸熱應(yīng)力,。
/ G3 D3 k6 \$ d: [, f　　（3） 熾熱鋼水傾倒時(shí)對(duì)鋼包筒體有高溫?zé)彷椛溆绊�,，�?dǎo)致無(wú)配重阻隔的鋼包筒體材料組織發(fā)生劣化及性能退化,，大大降低了受影響的筒體焊接接頭部位的機(jī)械疲勞強(qiáng)度和熱疲勞強(qiáng)度，促進(jìn)了鋼包熱疲勞裂紋的萌生與擴(kuò)展,。
' e, D1 ~$ m& ^　�,。�4） 由于焊縫熔合區(qū)及熱影響區(qū)材料晶粒粗大，性能脆化,，且筒體環(huán)焊縫處于筒體與不同厚度平底折邊過(guò)渡段之連接處,，因而發(fā)現(xiàn)的細(xì)小熱疲勞裂紋多在焊縫下熔合區(qū)及熱影響區(qū)。
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