螺旋缝埋弧焊钢管：直缝埋弧焊钢管穿孔原因

螺旋缝埋弧焊钢管：直缝埋弧焊钢管穿孔原因1.2 壁厚测量截取管体穿孔区域并制作试样 测得穿孔孔洞 外表面直径约为7 mm 穿孔处内表面呈现金属堆 积现象 存在凸起 且附近也未发现明显点蚀痕迹。 管样外壁穿孔形貌经局部放大后 发现孔洞内壁仍 存在部 分 青 蓝 色 防 腐 喷 漆 的 环 氧 粉 末 痕 迹 [见 图 1e)] 说明该穿孔形成于防腐工序之前。1 理化检验1.1 宏观观察穿孔直缝埋弧焊钢管的宏观形貌如图1所示。 管体为直缝管 在管体中间部位有一处圆形孔洞 局 部放大观察 发现穿孔呈现“外粗内细”的现象 可推 测此处穿孔刺漏应该是由外向内造成的 并且管体 内壁和外壁均未出现壁厚减薄现象。

摘 要:某在用管道在试压过程中发生穿孔泄漏 采用宏观观察、化学成分分析、力学性能试验、 金相检验、扫描电镜分析等方法进行了研究。结果表明:该钢管穿孔的主要原因是管体外表面受到 高温烧伤 且在试压前管体外表面已经烧伤穿透 进而钢管在试压过程中发生泄漏。

关键词:直缝埋弧焊;钢管;穿孔

中图分类号:TG172;TG115.5 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)06-0050-04

2019年 某地一段直缝埋弧焊钢管在试压作业 时发生穿孔泄漏 给正常生产造成极大影响[1-2]。该 直缝埋弧焊钢管的规格(外径×壁厚)为406.4mm× 10.3mm 材料为 L415M 钢 在钢管外防腐层经打 磨后 管体区域没发现明显点蚀痕迹 且整个管段内 未见明显塑性变形。笔者采用宏观观察、化学成分 分析、力学性能试验、金相检验、扫描电镜(SEM)分 析等方法对穿孔钢管进行了研究。

1 理化检验

1.1 宏观观察

穿孔直缝埋弧焊钢管的宏观形貌如图1所示。 管体为直缝管 在管体中间部位有一处圆形孔洞 局 部放大观察 发现穿孔呈现“外粗内细”的现象 可推 测此处穿孔刺漏应该是由外向内造成的 并且管体 内壁和外壁均未出现壁厚减薄现象。

截取管体穿孔区域并制作试样 测得穿孔孔洞 外表面直径约为7 mm 穿孔处内表面呈现金属堆 积现象 存在凸起 且附近也未发现明显点蚀痕迹。 管样外壁穿孔形貌经局部放大后 发现孔洞内壁仍 存在部 分 青 蓝 色 防 腐 喷 漆 的 环 氧 粉 末 痕 迹 [见 图 1e)] 说明该穿孔形成于防腐工序之前。

1.2 壁厚测量

采用测厚仪对穿孔周围区域壁厚进行测量 测 量间距为50mm 测量点具体位置如图2所示 测 量结果如表1所示。由测量结果可知 该钢管壁厚 分布均匀 符合 GB/T9711—2017 《石油天然气工 业管线输送系统用钢管》标准中的规定。

1.3 化学成分分析

在钢管管体制取试样 应用 ARL4460型直读 光谱仪对其化学成分进行分析 结果如表2所示。 由检测 结 果 可 知 该 钢 管 的 化 学 成 分 符 合 GB/T 9711—2017标准的要求。

1.4 金相检验

从钢管管体及穿孔处附近取样 对试样进行金 相检验 其显微组织形貌如图3所示 焊缝处的检测结果如表3所示。该钢管管体组织为多边形铁素体 (PF)与珠光体(P) 晶粒度为11.5级 带状组织为 0.5级 非金属夹杂物等级为 A0.5 B0.5 D0.5级;焊 接接头的焊缝组织为针状铁素体(IAF)、粒状贝氏体 和多边形铁素体 熔合区组织为粒状贝氏体 细晶区 组织为多边形铁素体和马氏体-奥氏体小岛(MA)。

在穿孔处附近沿穿孔边界纵向取样 发现其显 微组织均有明显的热影响区(见图4) 表明该区域 发生了局部高温现象 使组织发生变化且变得不均 匀 其中包括粗晶区与过渡区 观察可发现 沿穿孔 边界区域与粗晶区有马氏体组织。由显微硬度测试 结果可知:该处组织的硬度明显高于周边区域 可证 实为马氏体组织 马氏体组织的出现进一步证明了 管体表面发生了局部高温现象。未受热区组织主要 包括多边形铁素体与珠光体。

1.5 力学性能及硬度测试

从该钢管管体及焊接接头处取样 分别进行拉伸、 夏比冲击、导向弯曲及维氏硬度试验 维氏硬度试验压痕 位置如图5所示 拉伸、夏比冲击、导向弯曲及维氏硬度 试验结果分别如表4~7所示。结果表明 该钢管力学性 能及硬度均符合GB/T9711—2011标准的要求。

1.6 扫描电镜分析

在钢管穿孔处取样 经醋酸纤维 丙酮试剂清 洗后 采用扫描电子显微镜及能谱分析仪对试样外 表 面进行微观形貌观察及能谱分析。钢管穿孔处的SEM 形貌如图6所示 可见穿孔外表面平整 无明 显塑性变形特征 局部放大可见有轻微的腐蚀产物 覆盖 能谱分析结果如图7所示 结果表明:穿孔处 表面主要为 Fe O 元素 以及Si K 和 Ca元素 此外 还存在少量 Mn元素。

2 综合分析

由理化检验结果可知 钢管的化学成分和力学 性能均符合 GB/T9711—2017标准的要求。几何 尺寸测量结果表明:该钢管的壁厚分布均匀 说明试 样 无明显点蚀痕迹 且整个管段内未见明显塑性变 形。由于该钢管是在投入使用前的试压阶段发生穿 孔失效的 因此可排除管体内表面受腐蚀介质等因 素产生的腐蚀穿孔[3-5]。

金相检验结果表明 该钢管组织为多边形铁素 体 珠光体 晶粒度为11.5级 非金属夹杂物等级 为 A0.5 B0.5 D0.5级。穿孔处附近组织包括粗晶 区与过渡区 其中粗晶区组织粗大且不均匀 沿穿孔 边界区域发现有大片板条状马氏体组织 马氏体组 织是由管体表面受到高温 当温度上升到淬火温度 后冷却形成的。穿孔边界不同位置均发现有明显的 组织受热区 同时还发现马氏体组织分布在整个壁 厚方向 说明高温覆盖了管体的整个壁厚方向。管 体穿孔完全贯穿且垂直于壁厚方向 穿孔呈现“外粗 内细”的形貌 穿孔处内表面存在明显的金属融化堆 积现象 由此可推断该失效钢管外表面受到高温电 焊气割烧伤。

3 结论与建议

(1)该直缝埋弧焊钢管的尺寸、化学成分、力学 性能等均符合 GB/T9711—2017标准的要求。

(2)该直缝埋弧焊钢管穿孔处组织明显受过高 温 并产生热影响区及马氏体组织 穿孔的原因是管 体外表面发生高温烧伤。

(3)建议在焊接作业时 保护好作业区域外的 钢管表面 避免产生烧伤;建议对该条管线进行检 测 以排查是否存在类似风险。

参考文献:

[1] 张航.直缝埋弧焊管常见缺陷产生原因及 预 防 措 施 [J].石化技术 2019 26(10):224 226.

[2] 田嘉治 吕庆钢 羊东明 等.集输管内腐蚀失效原因 分析[J].理 化 检 验 (物 理 分 册) 2013 49(12):843- 847.

[3] 宋成立 付安庆 林冠发 等.某油田地面管线腐蚀穿 孔分析与治理[J].焊管 2016(2):56-59.

[4] 刘凯 马丽敏 陈志东 等.埋地管道的腐蚀与防护综 述[J].管道技术与设备 2007(4):36-38 42.

[5] 吉楠 廖臻 朱辉 等.某输油管道腐蚀穿孔原因[J]. 理化检验(物理分册) 2021 57(1):61-65.

<文章来源>材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 58卷 > 6期 (pp:50-53)>