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
8 K; e; o- u( C; X& w) C) r7 d請(qǐng)高手分析...指教哦�,。。,。,。。,�,！附上照片

黃河湃

看照片好像是在無陪重阻隔的筒體上部焊縫開裂,？

過街蛤蟆

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，就一張照片誰都說不清,，
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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,，可能有人給你準(zhǔn)確分析一下,，

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1.材質(zhì)為Q235-A
2.包體鋼板厚度為30mm;法蘭厚度為80mm.
3.角焊縫的焊腳高為30mm.
4.裂紋位置在角焊縫的包體鋼板上.
9 V- ~1 n7 I+ |% u7 N  `  s* s5.鋼包為150噸.
1 Z4 V" `( @/ P0 c6 ], C( ?5 g; n6.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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3 G# b$ q! s5 T- m2008.09.22   作者:廖禮寶,徐 宏   關(guān)鍵詞:焊接,失效分析 閱讀：100次  
! P5 Z( }# J5 l: P0 H% V; P　　摘要： 通過新舊鋼包結(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,。
* ]) v. w) m3 J% ]: \# C　　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,。通過對(duì)這些服役過的鋼水包進(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,。
　　1 新舊鋼包焊接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
& Q8 v3 P. Q" W6 _: T! 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),。
　　圖1.1   老式鋼包結(jié)構(gòu)及其開裂部位
8 Q! g, W8 S4 z2 [6 E7 B* ]　　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,。
! ~7 h8 p4 E+ }, z4 P+ Q　　圖1.2   新鋼包結(jié)構(gòu)局部示意圖
$ c8 W( F0 e, D6 r　　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。
! D2 F2 v- X0 A& }1 W( T　　圖1.3  裂紋復(fù)膜金相照片（放大后裂紋形貌）
1 |1 _  {9 S& y9 e　　2  鋼包裂紋類型判別
6 ?! G: L( _3 {0 c# ^( D　　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,。
! l2 R! L. h2 Q' Y0 U( Q- X! u　　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。
- a) |, {9 `( C4 I, [　　圖2.1  老式鋼包T型焊縫外表面上方應(yīng)力
' n3 }0 B2 |( F" J4 e　　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 /> * i% s0 Z8 k  E8 v5 [　　無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。
$ t0 H. a+ c) H0 d1 ?　　圖2.2  5＃鋼包外表面多源裂紋形貌
8 {: W/ t! {9 K3 R" h　　圖2.3  5＃鋼包外表面裂紋放大形貌
. ^% r3 C1 e( D9 j6 I  y　　3  鋼包底部連接部位有限元應(yīng)力分析
. g) g! ]1 W% d3 _　　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,。有限元分析過程略。其結(jié)論與上述分析基本一致,。
( }+ S+ Z8 A, g  ~+ d　　4  5#鋼包外表裂紋綜合分析
1 J4 ]! i" a  y$ ]　　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,。可以看出,，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》
4 }5 H4 e: s) k+ J　　圖4.1  5＃鋼包裂紋高倍顯微組織形貌
　　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,。
2 J1 D* f; p$ }# E" l　　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)
; ^# d* ~) Q; v: g　　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,。
3 u. V- b5 K/ j, g0 N+ W　　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,。
# g3 x& n. l6 h& R# t# m* K# C　　4.2.2  新型鋼包之不足
- F7 \/ m1 r/ j3 Z3 I7 M　�,。�1） 新型鋼包采用帶圓弧折邊過渡的平板底結(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,。
% }$ J* c' }3 L" X  Y& D0 X7 @* y　�,。�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
( ^* b  t- `! t- f　　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,，說明鋼包環(huán)焊縫外表面經(jīng)常達(dá)到較高溫度，大大超過老式鋼包一般認(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,。
/ d" h& Y* k) z& N) t  H　　圖4.2  5#鋼包外表裂紋部位顯微組織形貌
　　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
　　完全球化（第五級(jí)）     嚴(yán)重球化（第六級(jí)）
- Y, L! s2 e  N( S. M　　圖4.3  20鋼珠光體球化參考級(jí)別（680×）
　　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
1 A6 q# y+ f; ]) i　　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),。
: J' \! }5 ^- u3 g& ?7 _  T　　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渡處，該處無論是機(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,。
. E+ O( X/ M0 p8 m. [9 w# i% H　　5  結(jié)論
　　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：
. K4 X# @' I' f) ?　�,。�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；
2 X* h$ l: D4 f, o  D1 W　�,。�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倍通過削薄過渡到與筒體等厚,，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,。
* W1 o2 O( k" D* G) @( W　�,。�3） 熾熱鋼水傾倒時(shí)對(duì)鋼包筒體有高溫?zé)彷椛溆绊懀瑢?dǎo)致無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。
$ J9 o$ n! v% G0 h% b4 l　�,。�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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