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機(jī)械社區(qū)

標(biāo)題: 精煉爐鋼包用三個(gè)月后產(chǎn)生了裂紋 [打印本頁]

作者: 真正 時(shí)間: 2008-10-7 17:44
標(biāo)題: 精煉爐鋼包用三個(gè)月后產(chǎn)生了裂紋
精煉爐鋼包用三個(gè)月后產(chǎn)生了裂紋
請高手分析...指教哦！！！！！！！附上照片

作者: 黃河湃 時(shí)間: 2008-10-7 19:53
看照片好像是在無陪重阻隔的筒體上部焊縫開裂？

作者: 過街蛤蟆 時(shí)間: 2008-10-8 09:56
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，

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，

作者: 真正 時(shí)間: 2008-10-8 11:31
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.
5.鋼包為150噸.
6.鋼包內(nèi)襯為雙層耐火磚，里層為鎂鋁磚.

作者: 漂流瓶 時(shí)間: 2008-10-16 22:54
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

作者: 真正 時(shí)間: 2008-10-17 12:39
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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2008.09.22 作者:廖禮寶,徐宏關(guān)鍵詞:焊接,失效分析閱讀：100次
　　摘要：通過新舊鋼包結(jié)構(gòu)對比、應(yīng)力分析和顯微組織及金相等進(jìn)行對比分析，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。
　　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，其中鋼水包為63臺，鐵水包為15臺。第一批鋼包、鐵包全部由日本進(jìn)口。通過對這些服役過的鋼水包進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口的鋼包壽命比國產(chǎn)的長，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)簡介
　　寶鋼一二期工程中曾大量使用的日本鋼包及國產(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
　　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)改為對接焊接結(jié)構(gòu)。新型鋼包結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。
　　圖1.2 新鋼包結(jié)構(gòu)局部示意圖
　　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)長約30mm，焊縫下熱影響區(qū)裂紋總長約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。
　　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怠?font class="jammer">  n, F5 D: r  j2 P2 ]% \
　　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。
　　圖2.2  5＃鋼包外表面多源裂紋形貌
　　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
　　為探明鋼包出現(xiàn)裂紋的力學(xué)原因，利用有限元法對鋼包底部結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值應(yīng)力分析。依鋼包實(shí)情，采用國際通用有限元分析ANSYS軟件對鋼包各部位進(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。
　　4  5#鋼包外表裂紋綜合分析
　　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》
　　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。
　　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型角焊縫改為對接焊縫，大大提高了焊接接頭的疲勞強(qiáng)度。
　　4.2.2  新型鋼包之不足
　　（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，削薄長度應(yīng)大于3×（80-32）/2=72mm，5#鋼包雙面削薄長度接近該最小削薄長度，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試結(jié)果得到佐證，測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。其球化等級可參考圖4.3和表4.1。
　　圖4.2  5#鋼包外表裂紋部位顯微組織形貌
　　表4.1  20號鋼珠光體球化參考級別
　　項(xiàng)名    球化級別       組織特征
　　完全球化  第五級珠光體形態(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  第六級晶界及鐵素體基體上的碳化物已逐漸長大，分散度大
　　完全球化（第五級）    嚴(yán)重球化（第六級）
　　圖4.3  20鋼珠光體球化參考級別（680×）
　　根據(jù)前述對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
　　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。
　　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，無損檢測難以發(fā)現(xiàn)，本次是采用現(xiàn)場復(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；
　　（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。
　　（3）熾熱鋼水傾倒時(shí)對鋼包筒體有高溫?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。
　　（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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