水压试验阀门接管开裂原因分析

邢普瑜，王云柯，伊利亚尔.司马义，徐鸿媛

(1．中国石油独山子石化公司研究院压力容器检验所；2．中国石油独山子石化公司热电厂汽机车间；3.中国石油独山子石化公司热电厂化学车间，新疆 独山子 833699)

某公司生产球阀在进行水压试验时发生接管开裂，阀门材质为ASTM A105，水压试验各项操作均按照GB/T 13927-1992《工业用阀门 阀门的压力试验》标准执行，为了查明该阀门接管开裂的原因，对开裂接管进行了一系列理化检验和分析。

1 理化检验

1.1 宏观形貌观察

开裂阀门共计2个，分别标记为1号、2号，开裂阀门接管的宏观形貌为开裂处为阀门接管部位，开裂接管均从破口侧出现裂纹，裂口较直且断面与阀门主轴方向基本垂直，未见明显塑性变形，具有脆性开裂特征。

1号阀门接管从坡口侧向阀门本体开裂，接管长94.5mm，有三条裂纹，基本相隔120°，裂纹最长达到84.0mm。2号阀门的接管破口存在一条裂纹，裂纹长度不大。

将1号阀门开裂接管取下，观察其断口形貌发现，内表面经过拉拔，存在大量纵向划痕，并在接管靠近阀门本体附近一半范围内存在环向加工痕迹，但这些加工痕迹并不是车削或者铣出痕迹，接管断口没有塑性变形，断口呈放射状，属于脆性断口。

1.2 成分分析

对材质进行成分分析，分析结果见表 1。

1.3 硬度检测

对开裂接管及未开裂接管进行了硬度测试，每个测试点间隔2mm，检测结果见表2。

表2 阀门接管硬度检测值/HLD

1.4 金相检验

为了了解开裂接管显微组织及裂纹扩展情况，在开裂接管适当位置的横截面取样进行金相检验，并且由于不能将所有开裂样品破坏，故仅对1号阀门开裂侧取样检验，而其他接管仅进行表面覆膜金相检验。

图1 1号阀门开裂侧和未开裂侧表面组织形貌

经分析，1号阀门接管开裂侧横截面组织为铁素体+层片状珠光体，铁素体呈网状，大量铁素体为魏氏体形态，见图1（a）。1号阀门接管开裂侧纵截面组织为铁素体+层片状珠光体，铁素体呈网状，大量铁素体为魏氏体形态。1号阀门未开裂侧接管表面进行覆膜金相检验，经分析该接管组织为铁素体+层片状珠光体，铁素体呈网状，大量铁素体为魏氏体形态，组织略呈方向性，见图1（b）。

表1 阀门接管元素分析检测值（质量分数） %

图2 2号阀门开裂侧和未开裂侧表面组织形貌

2号阀门开裂侧接管表面进行覆膜金相检验，经分析该接管组织为铁素体+球粒状珠光体，铁素体呈块状，组织被明显拉长，呈方向性，见图2（a）。2号阀门未开裂侧接管表面进行覆膜金相检验，经分析该接管组织为铁素体+球粒状珠光体，少量铁素体呈魏氏体形态，组织被明显拉长，呈方向性，见图2（b）。

阀门生产公司在2016年7月23日出具的金相检验报告中说明此类接管热处理方式为正火，检测组织为铁素体+球珠光体。该组织与2号阀门接管样品组织相似，均为铁素体+球粒状珠光体，而与1号阀门接管样品组织形貌不同。

2 分析与讨论

对图1中两样品的四个接管进行硬度分析，发现接管硬度分散性很大，组织差异也较大，1号阀门开裂接管样品组织为铁素体+层片状珠光体，铁素体呈网状，大量铁素体为魏氏体形态，组织方向性不强。2号阀门开裂接管样品组织为铁素体+球粒状珠光体，少量铁素体呈魏氏体形态，组织被明显拉长，呈方向性，机体组织中出现有网状铁素体（及部分魏氏组织）对阀门接管而言为不正常组织，表明接管未按标准技术要求进行适当的热处理。观察发现接管内表面存在大量纵向裂纹，在承受外力或者内压时，造成应力集中，将成为裂纹形成的起裂源，因此可以说明阀门接管材料存在质量问题。

3 结语

阀门接管处的加工缺陷、组织分布不均匀、热处理不当等因素导致接管的实际承压能力大大降低，而缺陷的存在是导致接管承压时断裂的主要原因。上述分析表明，此阀门接管存在一定程度的质量问题，在使用阀门前须仔应细检验。

[1]夏雯，刘淑凤，李岩等.工业纯TAI的金相制样方法[J].理化检验-物理分册，2014,50（8）：578-579.